JP2015142015A - 半導体ウェーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスパシベーション膜のレーザー光線透過による内部からの破壊を抑制してストリートに沿って分割溝を形成できるようにすること。
【解決手段】半導体ウェーハ（Ｗ）では、半導体基板（Ｗ１）の表面に積層体（Ｗ２）が積層され、積層体によってデバイス（Ｄ）が形成される。デバイスは、ストリート（ＳＴ）によって区画される。デバイス及びストリートの表面にはガラスパシベーション膜（Ｗ３）が被覆されて形成されている。ガラスパシベーション膜に対して吸収性を有する波長のＣＯ_２レーザー光線（Ｌｃ）をストリートに沿って照射し、ストリートに沿って分断溝（Ｍ１）を形成するパシベーション膜分断溝形成工程を行う。その後、積層体に対して吸収性を有する波長のレーザー光線（Ｌｙ）を分断溝に沿って照射し、ストリートに沿って分割溝（Ｍ２）を形成する分割溝形成工程を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウェーハのストリートに沿って分割溝を形成する半導体ウェーハの加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが格子状のストリートによって区画されて形成された半導体ウェーハは、ストリートで縦横に切削するダイシングを行うことによって個々のデバイスごとの半導体チップに分割される。デバイス及びストリートは、半導体ウェーハにおける半導体基板の表面に積層された積層体によって形成される。積層体は、例えば、Ｌｏｗ−ｋ膜（低誘電率絶縁膜）と、回路を形成する機能膜とを積層してなる。

近時においては、デバイスを保護するために、デバイス及びストリートの表面にＳｉＯ_２、ＳｉＦ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ（ＳｉｘＯｙ）等の酸化物からなるパシベーション膜とよばれる保護膜が被覆された半導体ウェーハが実用化されている。かかる半導体ウェーハにおける半導体基板に対し、吸収性を有する波長（３５５ｎｍ）のレーザー光線を照射すると、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アブレーション加工が行われる。デバイス及びストリートの表面に酸化物からなるパシベーション膜が被覆されていると、パシベーション膜を透過したレーザー光線が半導体基板でアブレーション加工され、内部からパシベーション膜を破壊するという問題がある。そこで、例えば、特許文献１においては、パシベーション膜に対して吸収性を有するレーザー光線を照射し、パシベーション膜を除去した後に分割加工を行う加工方法が提案されている。

特開２０１３−１０２０３９号公報

しかし、半導体ウェーハの積層体にガラスパシベーション膜が被覆される場合には、特許文献１におけるレーザー光線の照射条件では、レーザー光線がガラスパシベーション膜を透過してしまう。このため、透過したレーザー光線がガラスパシベーション膜で保護されている積層体等をアブレーション加工し、半導体ウェーハの内部からガラスパシベーション膜を破壊してしまうという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラスパシベーション膜のレーザー光線透過による内部からの破壊を抑制してストリートに沿って分割溝を形成することができる半導体ウェーハの加工方法を提供することである。

本発明の半導体ウェーハの加工方法は、半導体基板の表面に積層された絶縁膜と機能膜とを含む積層体によって形成されたデバイスがストリートによって区画されるとともに、デバイス及びストリートの表面にガラスパシベーション膜が被覆されて形成されている半導体ウェーハに、ストリートに沿って分割溝を形成する半導体ウェーハの加工方法であって、ガラスパシベーション膜に対して吸収性を有する波長のＣＯ_２レーザー光線をガラスパシベーション膜側からストリートに沿って照射し、ストリートに沿ってガラスパシベーション膜を除去して分断溝を形成するパシベーション膜分断溝形成工程と、パシベーション膜分断溝形成工程が実施された後に、積層体に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を分断溝に沿って照射し、ストリートに沿って積層体を除去して分割溝を形成する分割溝形成工程と、を含むことを特徴とする。

この方法によれば、パシベーション膜分断溝形成工程にて、ガラスパシベーション膜のみに吸収性を有する波長のＣＯ_２レーザー光線を照射するので、かかるＣＯ_２レーザー光線がガラスパシベーション膜を透過することを抑制することができる。従って、ガラスパシベーション膜で被覆された積層体がＣＯ_２レーザー光線の照射によってアブレーション加工されることを抑制することができる。これにより、ガラスパシベーション膜が内部から破壊されることを防止することができ、ストリートに沿ってガラスパシベーション膜を除去して分断溝を形成でき、その後、分断溝に分割溝を形成することができる。

また、本発明の半導体ウェーハの加工方法では、パシベーション膜分断溝形成工程において照射するＣＯ_２レーザー光線の波長は９．４μｍ乃至１０．６μｍに設定されていることが好ましい。

本発明によれば、ガラスパシベーション膜のレーザー光線透過による内部からの破壊を抑制してストリートに沿って分割溝を形成することができる。

本実施の形態に係る加工装置の斜視図である。 図２Ａは、本実施の形態に係る半導体ウェーハがフレームに支持された状態の斜視図であり、図２Ｂは、半導体ウェーハの要部拡大断面図である。 図３Ａは、上記加工装置を構成する第１のレーザー光線照射手段のブロック構成図であり、図３Ｂは、上記加工装置を構成する第２のレーザー光線照射手段のブロック構成図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、本実施の形態に係るパシベーション膜分断溝形成工程の一例を示す図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、本実施の形態に係る分割溝形成工程の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る半導体ウェーハの加工方法ついて説明する。図１は、本実施の形態に係る加工装置の斜視図である。図２Ａは、フレームに支持された半導体ウェーハの斜視図であり、図２Ｂは、半導体ウェーハの要部拡大断面図である。なお、本実施の形態に係る半導体ウェーハの加工方法で用いられる加工装置は、図１に示す構成に限定されるものでなく、本実施の形態と同様に半導体ウェーハを加工可能であれば、どのような加工装置でもよい。

図１に示すように、加工装置１は、基台２上のチャックテーブル３に保持された円板状の半導体ウェーハＷを、チャックテーブル３の上方に設けられた第１のレーザー光線照射手段５及び第２のレーザー光線照射手段６により加工するように構成されている。

ここで、図２を参照して、加工対象となる半導体ウェーハＷについて説明する。図２Ａに示すように、半導体ウェーハＷは、シリコンからなる半導体基板Ｗ１の表面Ｗ１ａに格子状に形成された複数のストリートＳＴによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスＤが形成されている。ストリートＳＴ及びデバイスＤは、図２Ｂに示すように、半導体基板Ｗ１の表面Ｗ１ａに積層された積層体Ｗ２によって形成されている。積層体Ｗ２は、Ｌｏｗ−ｋ膜（低誘電率絶縁膜）からなる絶縁膜と、回路を形成する機能膜とを有している。ストリートＳＴ及びデバイスＤを形成する積層体Ｗ２の表面Ｗ２ａには、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、ＳｉＦ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ（Ｓｉ_ｘＯ_ｙ）等の酸化物からなるガラスパシベーション膜Ｗ３が被覆されて形成されている。そして、ガラスパシベーション膜Ｗ３の表面Ｗ３ａには、飛散したデブリがガラスパシベーション膜Ｗ３に付着することを防止する水溶性の保護膜Ｗ４が形成されている。図２Ａに戻り、半導体基板Ｗ１の裏面Ｗ１ｂには合成樹脂シートからなる保護テープＴが貼着されている。この保護テープＴを介して環状のフレームＦに半導体ウェーハＷが装着されている。

図１に戻り、チャックテーブル３の表面には、ポーラスセラミック材により半導体ウェーハＷを裏面側から吸引保持する保持面３ａが形成されている。保持面３ａは、チャックテーブル３内の流路を通じて吸引源（不図示）に接続されている。チャックテーブル３は、円盤形状を有し、図示しない回転手段によって円盤中心を軸に回転可能に設けられている。チャックテーブル３の周囲には、支持アームを介して一対のクランプ部９が設けられている。各クランプ部９がエアアクチュエータにより駆動されることで、半導体ウェーハＷの周囲のフレームＦがＸ軸方向両側から挟持固定される。

チャックテーブル３の下方には、円筒部材１０によって支持されたカバー１１が設けられている。円筒部材１０は、割り出し送り手段１３の上方に設置されている。割り出し送り手段１３は、Ｙ軸方向に平行な一対のガイドレール１４及びボールネジ１５と、一対のガイドレール１４にスライド可能に設置されたＹ軸テーブル１６とを有している。Ｙ軸テーブル１６の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ１５が螺合されている。そして、ボールネジ１５の一端部に連結された駆動モータ１７が回転駆動されることで、Ｙ軸テーブル１６がガイドレール１４に沿って割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動される。

割り出し送り手段１３は、加工送り手段２０を構成するＸ軸テーブル２１上に設けられている。加工送り手段２０は、基台２上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール２２及びボールネジ２３を更に含み、一対のガイドレール２２にＸ軸テーブル２１がスライド可能に設置されている。Ｘ軸テーブル２１の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ２３が螺合されている。そして、ボールネジ２３の一端部に連結された駆動モータ２４が回転駆動されることで、Ｘ軸テーブル２１がガイドレール２２に沿って加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動される。

第１のレーザー光線照射手段５は、第１の支持機構２７によってチャックテーブル３の上方でＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能に設けられる。第１の支持機構２７は、基台２上に配置されたＹ軸方向に平行な一対のガイドレール２８と、一対のガイドレール２８にスライド可能に設置されたモータ駆動のＹ軸テーブル２９とを有している。Ｙ軸テーブル２９は上面視矩形状に形成されており、そのＸ軸方向における一端部には側壁部３０が立設している。

また、第１の支持機構２７は、側壁部３０の壁面に設置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３２（１つのみ図示）と、一対のガイドレール３２にスライド可能に設置されたＺ軸テーブル３３とを有している。また、Ｙ軸テーブル２９、Ｚ軸テーブル３３の背面側には、それぞれ図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３４，３５が螺合されている。そして、ボールネジ３４，３５の一端部に連結された駆動モータ３６，３７が回転駆動されることで、第１のレーザー光線照射手段５がガイドレール２８，３２に沿ってＹ軸方向及びＺ軸方向に移動される。

第１のレーザー光線照射手段５は、Ｚ軸テーブル３３に片持ち支持された円筒形状のケーシング４０を含んでいる。また、第１のレーザー光線照射手段５は、ケーシング４０の先端に装着された第１の集光器４１と、ケーシング４０内に配設されたパルスレーザー光線発振手段４２及び出力調整手段４３（図３Ａ参照）とを具備している。パルスレーザー光線発振手段４２は、ＣＯ_２レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器４２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段４２ｂとから構成されている。パルスレーザー光線発振器４２ａは、９．４μｍ乃至１０．６μｍの波長を有するＣＯ_２レーザー光線を発振する。第１の集光器４１は、パルスレーザー光線発振手段４２から発振された同じ波長のＣＯ_２レーザー光線を半導体ウェーハＷのガラスパシベーション膜Ｗ３側（図１中上側）から照射する。第１の集光器４１から照射されるＣＯ_２レーザー光線の波長は、ガラスパシベーション膜Ｗ３に対して吸収性を有する波長となる。出力調整手段４３は、パルスレーザー光線発振手段４２から発振されたＣＯ_２レーザー光線の出力を所定の値に調整する。

ケーシング４０の前端部には、撮像手段４５が配設されている。撮像手段４５は、顕微鏡によって所定倍率に拡大して投影された半導体ウェーハＷの表面領域を撮像可能に設けられている。撮像手段４５は、ＣＣＤなどの撮像素子（不図示）を備え、撮像素子は、複数の画素で構成されて各画素の受ける光量に応じた電気信号が得られるようになっている。従って、撮像手段４５は、半導体ウェーハＷの表面を撮像することで、ストリートＳＴを撮像して検出可能となっている。

第２のレーザー光線照射手段６は、第２の支持機構４８によってチャックテーブル３の上方でＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能に設けられる。第２の支持機構４８は、基台２上で第１の支持機構２７とＸ軸方向に並んで配設され、第２のレーザー光線照射手段６を第１のレーザー光線照射手段５と近接した位置で線対称に配置している。第２の支持機構４８については、上記第１の支持機構２７の構成部材と実質的に同一機能を有する各構成部材に同一符号を付して説明を省略する。

第２のレーザー光線照射手段６は、第２の支持機構４８におけるＺ軸テーブル３３に片持ち支持された円筒形状のケーシング５０を含んでいる。また、第２のレーザー光線照射手段６は、ケーシング５０の先端に装着された第２の集光器５１と、ケーシング５０内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５２及び出力調整手段５３（図３Ｂ参照）とを具備している。パルスレーザー光線発振手段５２は、ＹＡＧレーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２ｂとから構成されている。パルスレーザー光線発振器５２ａは、積層体Ｗ２に対して吸収性を有する、例えば、３５５ｎｍの波長を有するパルスレーザー光線を発振する。第２の集光器５１は、パルスレーザー光線発振手段５２から発振された同じ波長のパルスレーザー光線を照射する。出力調整手段５３は、パルスレーザー光線発振手段５２から発振されたパルスレーザー光線の出力を所定の値に調整する。なお、第２のレーザー光線照射手段６を構成するケーシング５０の前端部には、撮像手段は配設されていない。

次に、前述した加工装置１による半導体ウェーハＷの加工方法について説明する。この加工において、先ず、不図示のカセットから保護テープＴを介してフレームＦに装着された半導体ウェーハＷを取り出す。そして、半導体ウェーハＷの積層体Ｗ２を上向き、保護テープＴが半導体ウェーハＷの下側に位置する向きとしてチャックテーブル３上に搬送されて保持面３ａに載置される。その後、保持面３ａが吸引源（不図示）に連通し、保護テープＴを介して半導体ウェーハＷがチャックテーブル３に吸着保持され、環状のフレームＦはクランプ９によって固定される。また、第１のレーザー光線照射手段５及び第２のレーザー光線照射手段６をＹ軸方向に移動し、第１の集光器４１及び第２の集光器５１におけるレーザー光線のＹ軸方向の照射位置が同一となるように位置付けられる。

半導体ウェーハＷがチャックテーブル３に吸着保持された後、半導体ウェーハＷのレーザー加工すべき加工領域を検出し、第１の集光器４１及び第２の集光器５１におけるレーザー光線照射位置をストリートＳＴに位置付けるアライメント工程が行われる。アライメント工程では、先ず、チャックテーブル３が加工送り手段２０によって撮像手段４５の直下に位置付けられる。そして、撮像手段４５で半導体ウェーハＷのストリートＳＴが撮像され、ストリートＳＴと、第１の集光器４１及び第２の集光器５１との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理が不図示の制御手段で実行される。かかる画像処理の結果から、第１の集光器４１及び第２の集光器５１におけるレーザー光線照射位置がストリートＳＴの幅方向中心位置に位置付けられるように、チャックテーブル３を移動させる。チャックテーブル３の位置付け後、第１のレーザー光線照射手段５をＺ軸方向に移動し、第１の集光器４１から照射されるＣＯ_２レーザー光線Ｌｃ（図４Ａ参照）の集光点をガラスパシベーション膜Ｗ３に位置付ける。これと前後して、第２のレーザー光線照射手段６をＺ軸方向に移動し、第２の集光器５１から照射されるレーザー光線Ｌｙ（図５Ａ参照）の集光点を積層体Ｗ２に位置付ける。

図４Ａ及び図４Ｂは、本実施の形態に係るパシベーション膜分断溝形成工程の一例を示す図である。上記アライメント工程の実施後、ガラスパシベーション膜Ｗ３にストリートＳＴに沿って分断溝Ｍ１を形成するパシベーション膜分断溝形成工程が実施される。パシベーション膜分断溝形成工程では、第１のレーザー光線照射手段５を作動することで、第１の集光器４１からガラスパシベーション膜Ｗ３に対して吸収性を有する波長のＣＯ_２レーザー光線Ｌｃが照射される。この照射を行いながら、チャックテーブル３がＸ軸方向（図４Ａ中紙面直交方向）となる加工送り方向に所定の加工送り速度で移動される。これにより、ストリートＳＴに沿ってＣＯ_２レーザー光線Ｌｃがガラスパシベーション膜Ｗ３に照射されてアブレーション加工され、図４Ｂに示すように、半導体ウェーハＷの積層体Ｗ２の表面Ｗ２ａに被覆されたガラスパシベーション膜Ｗ３及び保護膜Ｗ４が除去される。この結果、ガラスパシベーション膜Ｗ３がストリートＳＴに沿って分断され、分断溝Ｍ１が形成される。

上記パシベーション膜分断溝形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源：ＣＯ_２レーザー
レーザー波長：９．４μｍ
集光スポットサイズ：φ１００μｍ
平均出力：１〜１０Ｗ
繰り返し周波数：２０ｋＨｚ
加工送り速度：６００ｍｍ／秒
ここで、平均出力について、上記出力範囲に設定することで、ガラスパシベーション膜Ｗ３だけを良好に除去することができる。平均出力が１０Ｗを超えると、アブレーション加工による半導体ウェーハＷに対するダメージが大きくなる。

図５Ａ及び図５Ｂは、本実施の形態に係る分割溝形成工程の一例を示す図である。上記パシベーション膜分断溝形成工程の後、ストリートＳＴに形成された分断溝Ｍ１に沿って積層体Ｗ２を除去して分割溝Ｍ２を形成する分割溝形成工程が行われる。分割溝形成工程は、パシベーション膜分断溝形成工程における半導体ウェーハＷの加工送りおいて、図５Ａに示すように、分断溝Ｍ１が形成されたストリートＳＴが第２の集光器５１の直下に達したときに、第２のレーザー光線照射手段６を作動することにより行われる。この作動によって、第２の集光器５１から積層体Ｗ２に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線Ｌｙが照射され、この照射を行いながら、パシベーション膜分断溝形成工程と同様にしてチャックテーブル３の加工送りが行われる。これにより、ストリートＳＴに形成された分断溝Ｍ１に沿ってパルスレーザー光線Ｌｙが照射されてアブレーション加工され、図５Ｂに示すように、分断溝Ｍ１の底側の積層体Ｗ２がストリートＳＴに沿って除去されて分割溝Ｍ２が形成される。

上記分割溝形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源：ＹＡＧパルスレーザー
レーザー波長：３５５ｎｍ
集光スポットサイズ：φ１μｍ
平均出力：３Ｗ
繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
加工送り速度：１００ｍｍ／秒

上記のように、パシベーション膜分断溝形成工程及び分割溝形成工程を、半導体ウェーハＷに所定方向に形成された全てのストリートＳＴに沿って実施した後、チャックテーブル３を９０度回動してチャックテーブル３に保持される半導体ウェーハＷも９０度回動する。そして、半導体ウェーハＷに分断溝Ｍ１及び分割溝Ｍ２が未加工の全てのストリートＳＴに沿って上述と同様のパシベーション膜分断溝形成工程および分割溝形成工程が実施される。半導体ウェーハＷに形成された全てのストリートＳＴに沿って分断溝Ｍ１及び分割溝Ｍ２を形成した後、半導体ウェーハＷは次工程である分割工程に搬送される。

以上のように、本実施の形態によれば、ガラスパシベーション膜Ｗ３だけに吸収性を有する波長のＣＯ_２レーザー光線を照射して分断溝Ｍ１を形成するので、ＣＯ_２レーザー光線がガラスパシベーション膜Ｗ３を透過することを抑制することができる。これにより、パシベーション膜分断溝形成工程で積層体Ｗ２がアブレーション加工されることを抑制でき、ガラスパシベーション膜Ｗ３が内部から破壊されることを防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、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することが可能である。

例えば、パシベーション膜分断溝形成工程及び分割溝形成工程において、第１の集光器４１及び第２の集光器５１のＹ軸方向の位置を同一としたが、これに限られるものでない。ストリートＳＴのＹ軸方向の形成間隔分、第１の集光器４１及び第２の集光器５１を離して位置付け、分断溝Ｍ１の形成後、割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に半導体ウェーハＷを移動してから、分断溝Ｍ１に分割溝Ｍ２を形成してもよい。

以上説明したように、本発明は、積層体の表面にガラスパシベーション膜が被覆されて形成されている半導体ウェーハのストリートに沿って分割溝を形成する方法に有用である。

１ 加工装置
Ｄ デバイス
Ｌｃ ＣＯ_２レーザー光線
Ｌｙ パルスレーザー光線
Ｍ１ 分断溝
Ｍ２ 分割溝
ＳＴ ストリート
Ｗ 半導体ウェーハ
Ｗ１ 半導体基板
Ｗ２ 積層体
Ｗ３ ガラスパシベーション膜

Claims (2)

1. 半導体基板の表面に積層された絶縁膜と機能膜とを含む積層体によって形成されたデバイスがストリートによって区画されるとともに、該デバイス及び該ストリートの表面にガラスパシベーション膜が被覆されて形成されている半導体ウェーハに、該ストリートに沿って分割溝を形成する半導体ウェーハの加工方法であって、
   該ガラスパシベーション膜に対して吸収性を有する波長のＣＯ_２レーザー光線を該ガラスパシベーション膜側から該ストリートに沿って照射し、該ストリートに沿って該ガラスパシベーション膜を除去して分断溝を形成するパシベーション膜分断溝形成工程と、
   該パシベーション膜分断溝形成工程が実施された後に、該積層体に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を該分断溝に沿って照射し、該ストリートに沿って該積層体を除去して分割溝を形成する分割溝形成工程と、を含む、ことを特徴とする半導体ウェーハの加工方法。
2. 該パシベーション膜分断溝形成工程において照射するＣＯ_２レーザー光線の波長は９．４μｍ乃至１０．６μｍに設定されている、ことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの加工方法。

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