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JP2005019667A - レーザ光線を利用した半導体ウエーハの分割方法 - Google Patents

レーザ光線を利用した半導体ウエーハの分割方法 Download PDF

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JP2005019667A
JP2005019667A JP2003182150A JP2003182150A JP2005019667A JP 2005019667 A JP2005019667 A JP 2005019667A JP 2003182150 A JP2003182150 A JP 2003182150A JP 2003182150 A JP2003182150 A JP 2003182150A JP 2005019667 A JP2005019667 A JP 2005019667A
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street
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Yusuke Nagai
祐介 永井
Masashi Kobayashi
賢史 小林
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Disco Abrasive Systems Ltd
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Abstract

【課題】レーザ光線(18)を利用して半導体ウエーハ(2)を、その表面(8)の矩形領域(12)に形成されている回路(14)の汚染を充分に回避乃至抑制して、そしてまたその表面の矩形領域等に欠けを生成せしめることなく、ストリート(10)に沿って充分精密に分割することができる方法を提供する。
【解決手段】半導体基板(4)の裏面(20)と表面(8)との一方側からレーザ光線を照射して、半導体基板の裏面と表面との他方乃至その近傍に集光せしめ、半導体基板の少なくとも裏面と表面との他方から所定深さまでの部分を部分的に変質せしめる。
【選択図】 図3

Description

【0001】
本発明は、表面上には格子状に配列された複数個のストリートによって複数個の矩形領域が区画され、矩形領域の各々には回路が形成されている半導体基板から構成された半導体ウエーハを、レーザ光線を利用してストリートに沿って分割する方法に関する。
【0002】
周知の如く、半導体デバイスの製造においては、シリコンから形成することができる半導体基板から構成された半導体ウエーハの表面を格子状に配列された複数個のストリートによって複数個の矩形領域に区画し、矩形領域の各々に回路を形成する。しかる後に、ストリートに沿って半導体ウエーハを分割し、かくして複数個の半導体デバイスを形成している。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って分割する方法として、近時においてはレーザ光線を利用する種々の方法が提案されている。
【0003】
下記特許文献1には、半導体基板の如きウエーハの表面側からレーザ光線を照射してウエーハの表面乃至その近傍で集光せしめ、そしてウエーハとレーザ光線とを分割ラインに沿って相対的に移動せしめ、かくして分割ラインに沿って材料を溶融、除去して分割ラインに沿って溝を半導体基板の表面に形成し、次いでウエーハに外力を加えて溝に沿って破断する分割方法が開示されている。
【0004】
下記特許文献2及び3には、半導体基板の如きウエーハの表面側又は裏面側からレーザ光線を照射してウエーハの厚さ方向中間部で集光せしめ、そしてウエーハとレーザ光線とを分割ラインに沿って相対的に移動せしめ、かくしてウエーハの厚さ方向中間部に分割ラインに沿って延びる変質部、即ちクラック部或いは溶融及び再固化部を形成し、次いでウエーハに外力を加えて変質部に沿って破断する分割方法が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
米国特許第5,826,772号明細書
【特許文献2】
米国特許第6,211,488号明細書
【特許文献3】
特開2001−277163公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
而して、半導体ウエーハをストリートに沿って分割するのに、上記特許文献1に開示されている方法を適用する場合には、ストリートの表面において溶融、除去される材料(所謂デブリ)が矩形領域に飛散してそこに形成されている回路を汚染してしまう虞がある。特に、ストリート上に回路特性をテストするための金属膜(所謂teg膜)或いは低誘電率絶縁膜(所謂low−k膜)が形成されている場合に、溶融、除去される材料によって回路が汚染される虞が大きい。
【0007】
一方、半導体ウエーハをストリートに沿って分割するのに、上記特許文献2及び3に開示されている方法を適用する場合には、半導体ウエーハの厚さ方向に見て表面近傍及び/又は裏面近傍において破断がストリートに沿って充分精密に進行せず、これに起因して分割された矩形領域に欠けが生成されてしまう傾向がある。特に半導体基板がシリコン単結晶から形成されており、その表面が<100>の結晶方位面である場合、切断面である(010)及び(001)の結晶方位に対して56度の角度を有する方向に、高い壁開性を有する<111>の結晶方位面が存在することになり、切断面から56度の方向に破断が進行して欠けが発生する傾向が大きい。
【0008】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、レーザ光線を利用して半導体ウエーハを、その表面の矩形領域に形成されている回路の汚染を充分に回避乃至抑制して、そしてまたその表面の矩形領域等に欠けを生成せしめることなく、ストリートに沿って充分精密に分割することができる、新規且つ改良された方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討及び実験の結果、驚くべきことに、半導体基板の裏面と表面との一方側からレーザ光線を照射して、半導体基板の裏面と表面との他方乃至その近傍に集光せしめ、少なくとも半導体基板の裏面と表面との該一方から所定深さまでの部分を部分的に変質せしめることによって、上記主たる技術的課題を達成することができることを見出した。
【0010】
即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成する方法として、表面上には格子状に配列された複数個のストリートによって複数個の矩形領域が区画され、該矩形領域の各々には回路が形成されている半導体基板から構成されている半導体ウエーハを、該ストリートに沿って分割する方法において、
該半導体基板の裏面と表面との一方側からレーザ光線を照射して、該半導体基板の裏面と表面との他方乃至その近傍に集光せしめ、少なくとも該半導体基板の裏面と表面との該他方から所定深さまでの部分を部分的に変質せしめること、及び
該半導体基板と該レーザ光線とを該ストリートに沿って相対的に移動せしめること、
該半導体基板に外力を加えて該ストリートに沿って破断せしめること、
を含むことを特徴とする分割方法が提供される。
【0011】
該半導体基板はシリコンから形成されている場合、該変質は実質上溶融及び再固化である。該レーザ光線の集光点を該半導体ウエーハの厚さ方向に変位せしめて変質せしめられる部分の厚さを増大せしめることを含むのが好都合である。 該半導体基板の厚さをTとすると、該半導体基板の裏面と表面との該他方から深さ0.20T乃至0.50Tの深さまでの部分を変質せしめると共に、該半導体基板の裏面と表面との該一方から深さ0.20T乃至0.50Tまでの深さの部分を変質せしめるのが好ましい。該半導体基板の厚さ方向全体を変質せしめることもできる。該半導体基板の裏面側から該レーザ光線を照射して該半導体基板の表面乃至その近傍に集光せしめる場合、該半導体基板の表面には合成樹脂フィルムから形成された保護テープが貼着されているのが好ましく、そしてまた該半導体基板の該裏面はJIS B0601で規定されている表面粗さRaが0.05μm以下の鏡面であるのが好ましい。該半導体基板の該表面上の、少なくとも該ストリート領域には金属膜と低誘電率絶縁膜とのいずれかである積層膜が配設されている場合、該レーザ光線により該積層膜も少なくとも部分的に変質せしめられてもよい。該レーザ光線は800乃至1500nmの波長を有するパルスレーザ光線であるのが好適である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適実施形態について更に詳述する。
【0013】
図1は、本発明の方法によって分割される半導体ウエーハの典型例を図示している。全体を番号2で示す半導体ウエーハはシリコンから形成されている略円板形状の半導体基板4から構成されている。半導体基板4には一般にオリエンテーションフラットと称されている直線縁6が形成されている。半導体基板4の表面8上には格子状に配列された複数個のストリート10によって複数個の矩形領域12が区画されている。ストリート10の各々は直線縁6に対して平行に或いは垂直に延びている。図1と共に図2を参照して説明を続けると、矩形領域12の各々には回路14が配設されている(図1においては回路14を簡略に図示している)。ストリート10上には、回路14の特性テストに使用される方形乃至長方形状でよい金属膜16が適宜の間隔をおいて配設されている。金属膜16は一般にteg(test elements group)膜と称されている。図示していないが、半導体基板4の表面8上には回路の処理能力の向上等のために、low−k膜と称されている低誘電率絶縁膜が配設されることも少なくない。
【0014】
本発明の方法はレーザ光線を利用して上述したとおりの半導体ウエーハ2をストリート10に沿って分割することに関する。図3は半導体基板4にレーザ光線18を照射する様式を模式的に示している。図示の実施形態においては、半導体基板4は表裏を反転せしめて配置、即ち回路14が形成されている表面8を下方に向け裏面20を上方に向けて配置されている。半導体基板4の回路14が形成されている表面4上には、図3に二点鎖線で示す如く、ポリエチレンフィルムの如き適宜の合成樹脂フィルムから形成された保護テープ21が貼着されているのが好都合である。レーザ光線18は半導体基板4の裏面20側から、即ち図3において上方から照射される。半導体基板4の裏面20においてレーザ光線18が乱反射されるのを可及的に回避するために、半導体基板4の裏面20はJIS B0601で規定されている表面粗さRaが0.05μm以下の鏡面に研磨されているのが好適である。レーザ光線18は半導体基板4を透過し得るものであることが重要であり、特に半導体基板4がシリコンから形成されている場合、800乃至1500nmの波長を有するパルスレーザ光線、特に波長が1064nmであるYVO4パルスレーザ光線或いは同様に波長が1064nmであるYAGパルスレーザ光線であるのが好適である。
【0015】
図3と共に図4を参照して説明を続けると、適宜の光学系(図示していない)を介して半導体基板4の裏面20から照射するレーザ光線18を、半導体基板4の表面8乃至その近傍、例えば半導体基板4の表面8上或いは表面8から厚さ方向内側(即ち図3において上方)に測定して+10μm乃至−10μmの範囲、に集光せしめると、半導体基板4はその表面8から所定深さD1の深さまでの部分において変質せしめられる。半導体基板4がシリコンから形成されている場合には、変質は実質上溶融である。パルスレーザ光線18の集光点22におけるピークパワー密度は半導体基板4の材料にもよるが、一般に、1×10W/cm以上であるのが好適である。半導体基板4とレーザ光線18とをストリート10に沿って相対的に移動せしめると、相対的移動に応じて半導体基板4の表面8から深さD1までの部分が漸次変質せしめられる。半導体基板4がシリコンから形成されている場合には、漸次溶融され再固化される。ストリート10上に配設されている金属膜16(或いは低誘電率絶縁膜)が存在する場合、必ずしも必要ではないが、かかる金属膜16(或いは低誘電率絶縁膜)も少なくともその厚さ方向における一部において変質されるようにレーザ光線18の照射を調節するのが好適である。特定のストリート10の全長に渡って半導体基板4とレーザ光線18とを相対的に移動せしめると、かかる特定のストリート10に沿って変質部24が実質上連続して延在せしめられ或いは若干の間隔をおいて多数個存在せしめられることになる。
【0016】
本発明者等の経験によれば、半導体基板4の表面8側からレーザ光線18を照射して半導体基板4の表面8乃至その近傍で集光せしめた場合には、半導体基板4の表面8において材料が溶融、除去され、従って所謂デブリが生成されて半導体基板4の表面8における矩形領域12に形成されている回路14が汚染される傾向があるが、半導体基板4の裏面20側からレーザ光線18を照射して半導体基板4の表面8乃至その近傍で集光させる場合には、材料の除去が著しく抑制されてデブリの発生はあるとしても僅かであり、材料は溶融されこれに続いて再固化されることが判明している。かかる現象の理由は必ずしも明らかではないが、本発明者等は、半導体基板4の表面8側からレーザ光線18を照射して半導体基板4の表面8乃至その近傍で集光せしめた場合には、レーザ光線18のパワーは半導体基板4の表面8から外方に分布するのに対して、半導体基板4の裏面20側からレーザ光線18を照射して半導体基板4の表面8或いはその近傍で集光される場合には、レーザ光線18のパワー分布は半導体基板4の表面8から内方に分布し、変質部24が表面8から内方に進行することに起因すると推定している。半導体基板4の表面8上に保護テープ21が貼着されている場合には、デブリが発生したとしても、保護テープ21によってデブリの飛散が集光点近傍に物理的に抑制される。
【0017】
上述したとおりにして特定のストリート10の全長に渡って半導体基板4の表面8から深さD1までの部分において連続して延在する或いは若干の間隔をおいて多数個存在する変質部24を生成すると、変質部24においては強度が局部的に低減せしめられる故に、特定のストリート10に沿って弱化部が実質上連続して延在する或いは若干の間隔をおいて多数個存在することになる。従って、半導体基板4に外力を加えて例えば図3に矢印26で示す方向の引張応力を生成せしめると、特定のストリート10に沿って半導体基板4を破断せしめることができる。しかしながら、ストリート10に沿って充分精密に且つ充分容易に半導体基板4を破断せしめるためには、変質部24の厚さ、即ち半導体基板4の厚さ方向における変質部24の寸法、を比較的大きくせしめることが重要である。変質部24の厚さを増大せしめるためには、レーザ光線18の集光点22を変位せしめて複数回に渡ってレーザ光線18を照射することができる。図5は、最初はレーザ光線18の集光点22を半導体基板4の表面8乃至その近傍に位置せしめて半導体基板4に対してレーザ光線18を相対的に右方に移動せしめ、かくしてストリート10に沿って深さD1の変質部24−1を生成し、次いでレーザ光線8の集光点22を上方に所定距離(D1)変位せしめて半導体基板4に対して相対的にレーザ光線18を左方に移動せしめ、かくして上記変質部24−1に積層せしめて深さD2の変質部24−2を生成し、そして更にレーザ光線18の集光点22を上方に所定距離(D2)変位せしめて半導体基板4に対して相対的にレーザ光線18を右方に移動せしめ、かくして上記変質部24−2に積層せしめて深さD3の変質部24−3を生成する様式を図示している。
【0018】
本発明者等の実験によれば、図5を参照して説明したとおりの様式を繰り返し遂行して、図6に図示する如く半導体基板4の厚さ全体に渡って変質部24を生成すると、ストリート10に沿って充分精密に且つ充分容易に半導体基板4を破断せしめることができることが確認されている。しかしながら、半導体基板4の厚さ全体に渡って変質部24を生成するためには、レーザ光線18の集光点22の変位と半導体基板4に対するレーザ光線18の相対的移動とを多数回繰り返し遂行することが必要であり、比較的長時間を要することになる。然るに、本発明者等の実験によれば、図7に図示する如く、半導体基板4の表面8から深さD−Aまでの部分で変質部24−Aを生成すると共に、半導体基板4の裏面20から深さD−Bまでの部分で変質部24−Bを生成すると、半導体基板4の厚さ全体に渡って変質部24を生成することなく、ストリート10に沿って充分精密に且つ充分容易に半導体基板4を破断せしめることができることも確認されている。半導体基板4の厚さをTとすると、上記変質部24−Aの深さは0.20T乃至0.50Tであり、同様に上記変質部24−Bの深さも0.20T乃至0.50Tであるのが好ましい。一方、上記特許文献2及び3の開示に従って半導体基板の厚さ方向中間部のみにおいて変質部を生成する、換言すれば変質部を半導体基板の表面及び裏面に露呈せしめない場合には、上述したとおり半導体基板の表面及び/又は裏面近傍において破断がストリートに沿って充分精密に進行せず、これに起因して、表面/及び又は裏面に欠けが発生する傾向がる。
【0019】
上述した実施形態においては、半導体基板4の裏面20側からレーザ光線18を照射せしめて半導体基板4の表面8乃至その近傍で集光せしめているが、殊にストリート10上にレーザ光線18を反射する金属膜16が形成されていない場合には、半導体基板4の表面8側からレーザ光線18を照射して半導体基板4の裏面乃至その近傍に集光せしめることもできる。
【0020】
【実施例】
次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。
実施例1
図1及び図2に図示するとおりの形態の半導体ウエーハを準備した。半導体基板の直径(直線縁を除く)は8inch(20.34mm)で、厚さは500μmであった。裏面の表面粗さRaは0.05μmであった。図5に図示する様式に従って、半導体基板の裏面側からレーザ光線を照射し、レーザ光線の集光点を最初は表面に位置せしめて半導体基板をストリートに沿って移動せしめ、次いで光線の集光点を上方に50μm毎上昇せしめて、全体で10回半導体基板をストリートに沿って移動せしめた。かくして、順次に積層された10層の溶融、再固化部を生成した。使用したレーザ光線は次のとおりであった。
レーザ:YVO4パルスレーザ
波長:1064nm
集光点のスポット径:1μm
パルス幅:25ns
集光点のピークパワー密度:1.5×1010W/cm
繰り返し周波数:100kHz
半導体基板の送り速度:100mm/s
次いで、半導体基板の表面におけるストリートの両側を7mmの間隔をおいて配置された一対の受台で支持して、半導体基板の裏面からストリートの中央部に向けて、先端が半径0.03mmの半円形状である細長い破断部材を1mm/sの速度で下降せしめ、かくして半導体基板をストリートに沿って破断した。破断された半導体基板を観察したところ、ストリートに沿って充分精密に破断され、欠けの発生は認められなかった。また、レーザ光線の照射による溶融、再固化は、図6に図示するとおりであり、半導体基板の実質上厚さ全体に渡っていた。金属膜の変質も認められた。
【0021】
実施例2
準備した半導体ウエーハにおける半導体基板の厚さが625μmであり、そのストリート上には金属膜が配設されていなかったこと、レーザ光線の照射に際して最初にレーザ光線の集光点を半導体基板の表面に位置せしめて半導体基板をストリートに沿って移動せしめ、次いでレーザ光線の集光点を50μm毎上昇せしめて半導体基板をストリートに沿って2回移動せしめ、かくして半導体基板の表面側に積層された3層の溶融、再固化部を生成し、次いでレーザ光線の集光点を325μm上昇せしめて半導体基板をストリートに沿って移動せしめ、そして更にレーザ光線の集光点を50μm毎上昇せしめて半導体基板をストリートに沿って2回移動せしめ、かくして半導体基板の裏面側に積層された3層の溶融、再固化部を生成した、ことを除いて実施例1と同様にして半導体基板をストリートに沿って破断した。破断された半導体基板を観察したところ、ストリートに沿って充分精密に破断され、欠けの発生は認められなかった。また、レーザ光線の照射による溶融、再固化は、図7に図示するとおりであり、表面に露呈している表面側の溶融、再固化部の厚さは約150μm(全厚さの約24%)であり、裏面に露呈している裏面側の溶融、再固化部の厚さも約150μm(全厚さの約24%)であった。
【0022】
比較例
レーザ光線の照射に際して、最初にレーザ光線の集光点を半導体ウエーハの表面から上方に100μmの位置に位置せしめて半導体基板をストリートに沿って移動せしめ、次いでレーザ光線の集光点を50μm毎上昇せしめて半導体基板をストリートに沿って5回移動せしめ、かくして積層された6層の溶融、再固化層を生成したこと、を除いて実施例2と同様にして半導体基板をストリートに沿って破断した。破断された半導体基板を観察したところ、半導体基板の表面及び裏面において破断がストリートからそれて進行した部位が複数個存在した。溶融、再固化部は半導体基板の表面及び裏面に達することなく厚さ方向中間部のみであり、その厚さは略300μmであった。
【0023】
【発明の効果】
レーザ光線を利用して半導体ウエーハを分割する本発明の方法によれば、その表面の矩形領域に形成されている回路の汚染を充分に回避乃至抑制して、そしてまたその表面の矩形領域等に欠けを生成せしめることなく、ストリートに沿って充分精密に分割することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法によって分割される半導体ウエーハの典型例を示す斜面図。
【図2】図1の半導体ウエーハの表面を示す拡大部分図。
【図3】本発明の方法の好適実施形態において半導体基板びレーザ光線を照射する様式を示す簡略断面図。
【図4】図1に示す様式をストリートに沿った断面で示す簡略断面図。
【図5】変質部(溶融、再固化部)を半導体基板の厚さ方向に積層して生成する様式を示す、図4と同様の簡略断面図。
【図6】変質部(溶融、再固化部)を半導体基板の厚さ全体に渡って生成した状態を示す簡略断面図。
【図7】変質部(溶融、再固化部)を半導体基板の表面側と裏面側とに生成した状態を示す簡略断面図。
【符号の説明】
2:半導体ウエーハ
4:半導体基板
8:半導体基板の表面
10:ストリート
12:矩形領域
14:回路
16:金属膜
18:レーザ光線
20:半導体基板の裏面
21:保護テープ
22:集光点
24:変質部(溶融、再固化部)

Claims (10)

  1. 表面上には格子状に配列された複数個のストリートによって複数個の矩形領域が区画され、該矩形領域の各々には回路が形成されている半導体基板から構成されている半導体ウエーハを、該ストリートに沿って分割する方法において、
    該半導体基板の裏面と表面との一方側からレーザ光線を照射して、該半導体基板の裏面と表面との他方乃至その近傍に集光せしめ、少なくとも該半導体基板の裏面と表面との該他方から所定深さまでの部分を部分的に変質せしめること、及び
    該半導体基板と該レーザ光線とを該ストリートに沿って相対的に移動せしめること、
    該半導体基板に外力を加えて該ストリートに沿って破断せしめること、
    を含むことを特徴とする分割方法。
  2. 該半導体基板はシリコンから形成されており、該変質は実質上溶融及び再固化である、請求項1記載の分割方法。
  3. 該レーザ光線の集光点を該半導体ウエーハの厚さ方向に変位せしめて変質せしめられる部分の厚さを増大せしめることを含む、請求項1又は2記載の分割方法。
  4. 該半導体基板の厚さをTとすると、該半導体基板の裏面と表面との該他方から深さ0.20T乃至0.50Tの深さまでの部分を変質せしめると共に、該半導体基板の裏面と表面との該一方から深さ0.20T乃至0.50Tまでの深さの部分を変質せしめる、請求項3記載の分割方法。
  5. 該半導体基板の厚さ方向全体を変質せしめる、請求項3記載の分割方法。
  6. 該半導体基板の裏面側から該レーザ光線を照射して該半導体基板の表面乃至その近傍に集光せしめる、請求項1から5までのいずれかに記載の分割方法。
  7. 該半導体基板の表面には合成樹脂フィルムから形成された保護テープが貼着されている、請求項6記載の分割方法。
  8. 該半導体基板の該裏面はJIS B0601で規定されている表面粗さRaが0.05μm以下の鏡面である、請求項6又は7記載の分割方法。
  9. 該半導体基板の該表面上の、少なくとも該ストリート領域には金属膜と低誘電率絶縁膜とのいずれかである積層膜が配設されており、該レーザ光線により該積層膜も少なくとも部分的に変質せしめられる、請求項6から8までのいずれかに記載の分割方法。
  10. 該レーザ光線は800乃至1500nmの波長を有するパルスレーザ光線である、請求項1から7までのいずれかに記載の分割方法。
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