JP6188586B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハをレーザー光線で加工する加工方法に関する。

近年、低誘電率の絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を積層形成したウェーハが実用化されている。デバイスの配線間をＬｏｗ−ｋ膜によって絶縁すれば、プロセスの微細化で配線の間隔が狭くなっても、配線間の静電容量を小さく抑えることができる。その結果、配線を伝播する信号の遅延は抑制され、デバイスの処理能力を高く維持できる。

上述したＬｏｗ−ｋ膜の機械的強度は低いので、ウェーハをチップへと分割する際に切削ブレードで切削すると、Ｌｏｗ−ｋ膜が剥離してしまう。そこで、レーザー光線を照射してＬｏｗ−ｋ膜の一部を除去した後にウェーハを切削する加工方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この加工方法では、まず、ウェーハの表面側からストリート（分割予定ライン）に沿ってレーザー光線を照射し、Ｌｏｗ−ｋ膜の一部をアブレーションで除去したレーザー加工溝を形成する（グルービング）。その後、形成されたレーザー加工溝に沿ってウェーハを切削することで、Ｌｏｗ−ｋ膜が剥離する可能性を低く抑えられる。

特開２０１３−１９７１０８号公報

しかしながら、上述の加工方法では、レーザー光線の照射によって気化したＬｏｗ−ｋ膜の一部がレーザー加工溝の側壁に付着してデブリとなり、後の工程で脱落するという問題があった。

本発明はかかる問題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、レーザー加工溝の側壁に付着したデブリの脱落を防止できるウェーハの加工方法を提供することである。

本発明によれば、表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウェーハを加工するウェーハの加工方法であって、ウェーハの該分割予定ラインに沿って、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成する溝形成ステップと、該溝形成ステップを実施した後に、該レーザー加工溝の中心と一方の側壁との間に集光スポットを位置付け、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を該レーザー加工溝に沿って照射し、該溝形成ステップで該一方の側壁に付着したデブリを溶融するクリーニングステップと、を有し、該レーザー光線は、ガウス分布に近似した強度分布を有しており、該クリーニングステップで該一方の側壁に照射されるレーザー光線のパワーは、該溝形成ステップで該一方の側壁に照射されたレーザー光線のパワーより大きく、該デブリの溶融に適したパワーであることを特徴とするウェーハの加工方法が提供される。

また、本発明において、前記溝形成ステップでは、前記分割予定ラインに沿って複数の前記レーザー加工溝を形成し、前記クリーニングステップでは、該分割予定ラインの両脇に近い該レーザー加工溝の側壁にそれぞれ前記レーザー光線を照射し、該クリーニングステップが実施された後に、前記デブリが溶融された該側壁の間を切削ブレードで切削し、ウェーハを分割する分割ステップを実施することが好ましい。

本発明のウェーハの加工方法では、ウェーハにレーザー加工溝を形成する溝形成ステップを実施した後に、レーザー加工溝の中心と側壁との間に集光スポットを位置付けてレーザー光線を照射するクリーニングステップを実施するので、溝形成ステップで側壁に付着したデブリをクリーニングステップで溶融させることができる。

これにより、デブリを側壁から除去し、又は、デブリを側壁に溶着させて、後の工程におけるデブリの脱落を防止できる。また、デブリは溶融されるので、レーザー加工溝の縁を滑らかにできる。

本実施の形態に係るウェーハの加工方法で使用されるレーザー加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 レーザー加工装置の動作を示す一部断面側面図である。 本実施の形態に係るウェーハの加工方法で使用されるレーザー光線の強度分布を示すグラフである。 図４（Ａ）は、溝形成ステップを模式的に示す断面図であり、図４（Ｂ）は、クリーニングステップを模式的に示す断面図である。 図５（Ａ）は、変形例に係るクリーニングステップを模式的に示す断面図であり、図５（Ｂ）は、分割ステップを模式的に示す一部断面側面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態のウェーハの加工方法は、溝形成ステップ（図４（Ａ））、及びクリーニングステップ（図４（Ｂ））を含む。

溝形成ステップでは、レーザー光線をストリート（分割予定ライン）に沿って照射し、レーザー加工溝を形成する。クリーニングステップでは、レーザー加工溝の中心と側壁との間に集光スポットを位置付けてレーザー光線を照射し、溝形成ステップで側壁に付着したデブリを溶融させる。以下、本実施の形態に係るウェーハの加工方法について詳述する。

まず、本実施の形態に係るウェーハの加工方法で使用されるレーザー加工装置の構成を説明する。図１は、レーザー加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、レーザー加工装置２は、各構成を支持する基台４を備えている。基台４は、直方体状の基部６と、基部６の後端において上方に延びる壁部８とを含む。

基部６の上面には、ウェーハ１１（図２参照）を吸引保持するチャックテーブル１０が配置されている。チャックテーブル１０の上方には、ウェーハ１１に向けてレーザー光線を照射するレーザー加工ヘッド（レーザー光線照射機構）１２が設けられている。また、レーザー加工ヘッド１２と隣接する位置には、ウェーハ１１を撮像するカメラ１４が設置されている。

チャックテーブル１０の下方には、チャックテーブル１０を割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動させるＹ軸移動機構（割り出し送り機構）１６が設けられている。Ｙ軸移動機構１６は、基部６の上面に固定されＹ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール１８を備える。

Ｙ軸ガイドレール１８には、Ｙ軸移動テーブル２０がスライド可能に設置されている。Ｙ軸移動テーブル２０の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｙ軸ガイドレール１８と平行なＹ軸ボールネジ２２が螺合されている。

Ｙ軸ボールネジ２２の一端部には、Ｙ軸パルスモータ２４が連結されている。Ｙ軸パルスモータ２４でＹ軸ボールネジ２２を回転させれば、Ｙ軸移動テーブル２０は、Ｙ軸ガイドレール１８に沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸移動テーブル２０の表面側（上面側）には、チャックテーブル１０を割り出し送り方向と直交する加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動させるＸ軸移動機構（加工送り機構）２６が設けられている。Ｘ軸移動機構２６は、Ｙ軸移動テーブル２０の上面に固定されＸ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール２８を備える。

Ｘ軸ガイドレール２８には、Ｘ軸移動テーブル３０がスライド可能に設置されている。Ｘ軸移動テーブル３０の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレール２８と平行なＸ軸ボールネジ３２が螺合されている。

Ｘ軸ボールネジ３２の一端部には、Ｘ軸パルスモータ３４が連結されている。Ｘ軸パルスモータ３４でＸ軸ボールネジ３２を回転させれば、Ｘ軸移動テーブル３０は、Ｘ軸ガイドレール２８に沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル３０の表面側（上面側）には、支持台３６が設けられている。支持台３６の上部には、チャックテーブル１０が配置されている。チャックテーブル１０は、支持台３６の下方に設けられた回転機構（不図示）と連結されており、Ｚ軸の周りに回転する。チャックテーブル１０の周囲には、ウェーハ１１を支持する環状のフレーム２３（図２参照）を四方から挟持固定する４個のクランプ３８が設けられている。

チャックテーブル１０の表面は、ウェーハ１１を吸引保持する保持面１０ａとなっている。この保持面１０ａには、チャックテーブル１０の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）の負圧が作用し、ウェーハ１１を吸引する吸引力が発生する。

壁部８の上部前面には、前方に向かって延びる支持アーム４０が設けられており、この支持アーム４０の先端部には、レーザー加工ヘッド１２及びカメラ１４が配置されている。

レーザー加工ヘッド１２は、ウェーハ１１に吸収され易い波長（ウェーハに対して吸収性を有する波長）のレーザー光線を発振するレーザー発振器（不図示）と、発振されたレーザー光線をチャックテーブル１０に保持されたウェーハ１１に集光させる集光器（不図示）とを備えている。このレーザー加工ヘッド１２は、例えば、ウェーハ１１の表面１１ａ側に集光させるようにレーザー光線を照射して、ウェーハ１１をアブレーション加工する。

カメラ１４は、例えば、可視光に感度のある撮像素子を備え、ウェーハ１１を上方から撮像する。撮像によって得られた画像は、ウェーハ１１とレーザー加工ヘッド１２との位置合わせ等に用いられる。

チャックテーブル１０、レーザー加工ヘッド１２、カメラ１４、Ｙ軸移動機構１６、Ｘ軸移動機構２６等の各構成は、制御装置（不図示）に接続されている。この制御装置は、ユーザーインターフェースとなる入出力装置（不図示）等を介して設定される加工条件に基づいて、上述した各構成の動作を制御する。

図２は、上述したレーザー加工装置２の動作を示す一部断面側面図である。図２に示すように、加工対象のウェーハ１１は、裏面１１ｂ側に貼着されたダイシングテープ（保護部材）２１を介して環状のフレーム２３に支持されており、チャックテーブル１０に吸引保持される。

ウェーハ１１は、例えば、円盤状の半導体ウェーハであり、表面１１ａは、中央のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに分けられる。デバイス領域は、格子状に配列されたストリート（分割予定ライン）１３（図４等参照）でさらに複数の領域に区画されており、各領域にはＩＣ等のデバイス（不図示）が形成されている。また、ウェーハ１１の表面１１ａ側には、低誘電率の絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）が積層形成されている。

このウェーハ１１をチャックテーブル１０に吸引保持させて、レーザー加工ヘッド１２をストリート１３の上方に位置付ける。その後、レーザー加工ヘッド１２からウェーハ１１に向けてレーザー光線Ｌを照射しつつ、チャックテーブル１０を加工送り方向に移動させることで、ウェーハ１１をストリート１３に沿ってアブレーションさせ、表面１１ａ側のＬｏｗ−ｋ膜等を除去できる。

レーザー加工ヘッド１２からウェーハ１１に照射されるレーザー光線Ｌは、ガウス分布（正規分布）に近似した強度分布を有している。図３は、本実施の形態に係るウェーハの加工方法で使用されるレーザー光線Ｌの強度分布を示すグラフである。なお、図３では、割り出し送り方向（Ｙ軸方向）における強度分布を示している。

図３に示すように、本実施の形態に係るウェーハの加工方法で使用されるレーザー光線ＬのパワーＰは、集光スポットに相当する中央部分Ｙ_Ｃで最大（パワーＰ_ＭＡＸ）となり、中央部分Ｙ_Ｃから離れるにつれて低下する。このように、少なくとも中央部分Ｙ_Ｃから裾を引くような山型の強度分布を有するレーザー光線Ｌを用いることで、本実施の形態に係るウェーハの加工方法を適切に実施できる。

つまり、本実施の形態の「ガウス分布に近似した強度分布を有するレーザー光線」には、数学的にガウス分布に近似可能な強度分布を有するレーザー光線の他に、上述のような山型の強度分布を有するレーザー光線Ｌが含まれる。また、レーザー光線Ｌの強度分布は、必ずしも滑らかな曲線状である必要はなく、ある程度の乱れは許容される。

次に、本実施の形態に係るウェーハの加工方法を説明する。本実施の形態に係るウェーハの加工方法では、まず、レーザー光線Ｌをストリート１３に沿って照射し、レーザー加工溝を形成する溝形成ステップを実施する。図４（Ａ）は、溝形成ステップを模式的に示す断面図である。なお、溝形成ステップの前には、上述したように、ダイシングテープ２１を介してウェーハ１１をチャックテーブル１０に吸引保持させておく。

溝形成ステップでは、チャックテーブル１０を移動、回転させて、レーザー加工ヘッド１２を加工対象のストリート１３に位置合わせする。位置合わせの後には、レーザー加工ヘッド１２からウェーハ１１の表面１１ａ側に向けてレーザー光線Ｌを照射すると共に、チャックテーブル１０を加工対象のストリート１３と平行な加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動（加工送り）させる。すなわち、ウェーハ１１及びレーザー加工ヘッド１２を加工対象のストリート１３に対して平行に相対移動させる。

レーザー加工ヘッド１２から照射されるレーザー光線Ｌの波長は、ウェーハ１１に吸収され易い波長（吸収性を有する波長）である。例えば、ウェーハ１１がシリコンでなる場合には、レーザー光線Ｌの波長を１０００ｎｍ以下にすると良い。また、レーザー光線Ｌのパワーは、集光スポットＬ１が位置付けられるウェーハ１１の表面１１ａ付近をアブレーションできる程度に高めに設定しておく。

このようなレーザー光線Ｌをウェーハ１１に照射すると、ウェーハ１１の表面１１ａ付近はアブレーションされる。よって、ウェーハ１１及びレーザー加工ヘッド１２を上述のように相対移動させながらレーザー光線Ｌを照射することで、ストリート１３に沿って表面１１ａ側のＬｏｗ−ｋ膜等が除去されたレーザー加工溝１５を形成できる。

ところで、この溝形成ステップでは、レーザー光線Ｌの照射によって気化したＬｏｗ−ｋ膜等の一部がレーザー加工溝１５の側壁に付着してデブリ１７となる。このデブリ１７が後の工程で脱落すると、デバイスの破損や電極間の短絡といった様々な不具合を引き起こしてしまう。

そこで、溝形成ステップを実施した後には、レーザー加工溝１５の中心と側壁との間に集光スポットＬ１を位置付けてレーザー光線Ｌを照射し、溝形成ステップで側壁に付着したデブリ１７を溶融させるクリーニングステップを実施する。図４（Ｂ）は、クリーニングステップを模式的に示す断面図である。

クリーニングステップでは、チャックテーブル１０を移動、回転させて、レーザー加工ヘッド１２をクリーニング対象のレーザー加工溝１５に位置合わせする。具体的には、レーザー光線Ｌの集光スポットＬ１を、レーザー加工溝１５の幅方向（Ｙ軸方向）における中心と一方の側壁との間に位置付けるように、チャックテーブル１０とレーザー加工ヘッド１２とを位置合わせする。

位置合わせの後には、レーザー加工ヘッド１２からウェーハ１１の表面１１ａ側に向けてレーザー光線Ｌを照射すると共に、チャックテーブル１０をクリーニング対象のレーザー加工溝１５と平行な加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動（加工送り）させる。すなわち、ウェーハ１１及びレーザー加工ヘッド１２をクリーニング対象のレーザー加工溝１５に対して平行に相対移動させる。

その他の条件（レーザー光線Ｌの波長、パワー等）は、上述した溝形成ステップと同じで良い。このクリーニングステップでは、レーザー光線Ｌの集光スポットＬ１を、レーザー加工溝１５の幅方向における中心と一方の側壁との間に位置付けるようにしている。つまり、クリーニングステップでは、レーザー光線Ｌの集光スポットＬ１の位置を、レーザー加工溝１５の幅方向（Ｙ軸方向）に僅かにずらしている。

このように、集光スポットＬ１の位置をレーザー加工溝１５の幅方向にずらしてレーザー光線Ｌを照射すると、クリーニングステップで一方の側壁に照射される光のパワーは、溝形成ステップで一方の側壁に照射された光のパワーより大きくなる。これは、レーザー光線Ｌにおいてパワーが最大となる集光スポットＬ１が、溝形成ステップよりも一方の側壁の近くに位置付けられるためである。

その結果、レーザー加工溝１５の一方の側壁に付着したデブリ１７を溶融させることができる。つまり、デブリ１７を側壁から除去し、又は、デブリ１７を側壁に溶着させて、後の工程におけるデブリ１７の脱落を防止できる。また、デブリ１７は溶融されるので、レーザー加工溝１５の縁を滑らかにできる。

さらに、本実施の形態のクリーニングステップでは、レーザー光線Ｌの波長、パワー等の条件を溝形成ステップと同じにしているので、レーザー加工溝１５を大きく変形させてしまう事もない。

なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、１本のストリート１３に２本以上のレーザー加工溝１５を形成してもよい。図５は、変形例に係るウェーハの加工方法を示す図である。図５では、１本のストリート１３に２本のレーザー加工溝１５を形成している。

この場合、溝形成ステップにおいて、加工対象のストリート１３に沿う第１のレーザー加工溝１５を形成した後に、チャックテーブル１０を割り出し送り方向に移動させて、加工対象のストリート１３に沿う第２のレーザー加工溝１５を形成する。

溝形成ステップを実施した後には、図５（Ａ）に示すように、クリーニングステップを実施する。このクリーニングステップでは、ストリート１３の幅方向（Ｙ軸方向）の端部（両脇）に近いレーザー加工溝１５の側壁をクリーニングする。

具体的には、第１のレーザー加工溝１５の中心と、ストリート１３の幅方向の端部に近い一方の側壁との間に集光スポットＬ１を位置付けてレーザー光線Ｌを照射し、第１のレーザー加工溝１５の一方の側壁に付着したデブリ１７を溶融させる。また、第２のレーザー加工溝１５の中心と、ストリート１３の幅方向の端部に近い一方の側壁との間に集光スポットＬ１を位置付けてレーザー光線Ｌを照射し、第２のレーザー加工溝１５の一方の側壁に付着したデブリ１７を溶融させる。

クリーニングステップにおいて、ストリート１３の幅方向の端部に近いレーザー加工溝１５の側壁をクリーニングした後には、図５（Ｂ）に示すように、ウェーハ１１を切削ブレード４２で切削してチップに分割する分割ステップを実施すると良い。

この分割ステップでは、デブリ１７が溶融された第１のレーザー加工溝１５の側壁と、デブリ１７が溶融された第２のレーザー加工溝１５の側壁との間に回転する環状の切削ブレード４２を切り込ませ、ウェーハ１１及び切削ブレード４２をストリート１３に対して平行に相対移動させる。これにより、ウェーハ１１をストリート１３に沿って分割できる。

また、上記実施の形態では、表面１１ａ側に低誘電率の絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）が積層形成されたウェーハ１１を加工しているが、本発明に係るウェーハの加工方法は、Ｌｏｗ−ｋ膜が形成されていないウェーハ１１を加工する際に用いられても良い。また、上記実施の形態では、溝形成ステップとクリーニングステップとで、レーザー光線Ｌの波長、パワー等の条件を同じにしているが、溝形成ステップとクリーニングステップとで、レーザー光線Ｌの波長、パワー等の条件を異ならせても良い。

その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１１ ウェーハ
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１３ ストリート（分割予定ライン）
１５ レーザー加工溝
１７ デブリ
２１ ダイシングテープ（保護部材）
２３ フレーム
２ レーザー加工装置
４ 基台
６ 基部
８ 壁部
１０ チャックテーブル
１０ａ 保持面
１２ レーザー加工ヘッド（レーザー光線照射機構）
１４ カメラ
１６ Ｙ軸移動機構（割り出し送り機構）
１８ Ｙ軸ガイドレール
２０ Ｙ軸移動テーブル
２２ Ｙ軸ボールネジ
２４ Ｙ軸パルスモータ
２６ Ｘ軸移動機構（加工送り機構）
２８ Ｘ軸ガイドレール
３０ Ｘ軸移動テーブル
３２ Ｘ軸ボールネジ
３４ Ｘ軸パルスモータ
３６ 支持台
３８ クランプ
４０ 支持アーム
４２ 切削ブレード
Ｌ レーザー光線
Ｌ１ 集光スポット

Claims (2)

1. 表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウェーハを加工するウェーハの加工方法であって、
   ウェーハの該分割予定ラインに沿って、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成する溝形成ステップと、
   該溝形成ステップを実施した後に、該レーザー加工溝の中心と一方の側壁との間に集光スポットを位置付け、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を該レーザー加工溝に沿って照射し、該溝形成ステップで該一方の側壁に付着したデブリを溶融するクリーニングステップと、を有し、
   該レーザー光線は、ガウス分布に近似した強度分布を有しており、該クリーニングステップで該一方の側壁に照射されるレーザー光線のパワーは、該溝形成ステップで該一方の側壁に照射されたレーザー光線のパワーより大きく、該デブリの溶融に適したパワーであることを特徴とするウェーハの加工方法。
2. 前記溝形成ステップでは、前記分割予定ラインに沿って複数の前記レーザー加工溝を形成し、
   前記クリーニングステップでは、該分割予定ラインの両脇に近い該レーザー加工溝の側壁にそれぞれ前記レーザー光線を照射し、
   該クリーニングステップが実施された後に、前記デブリが溶融された該側壁の間を切削ブレードで切削し、ウェーハを分割する分割ステップを実施することを特徴とする請求項１記載のウェーハの加工方法。