(57)【要約】  半導体ウェハのダイシング方法であって、１ピコ秒乃至１０００ピコ秒のパルス幅で、スクライビング対象のマテリアルの熱緩和時間よりも短いパルス間隔に相当する繰り返し周波長のレーザーを用いて、ウェハの表面からマテリアルを除去するために、ダイスレーンに沿って少なくとも一層の誘導体層に対してスクライビングを行う方法。その後、このウェハは、金属層を通って、かつ少なくとも部分的に半導体ウェハの基板を通って、ダイシングされる。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハのダイシング方法であって、
ａ．１ピコ秒乃至１０００ピコ秒のパルス幅で、スクライブ対象のマテリアルの熱緩和時間よりも短いパルス間隔に相当する繰り返し周波長のレーザーを用いて、ウェハの表面からマテリアルを除去するために、ダイスレーンに沿って少なくとも一層の誘導体層に対してスクライビングを行う工程と、
ｂ．金属層を通って、かつ少なくとも部分的に半導体ウェハの基板を通って、ダイシングを行う工程を備えることを特徴とするダイシング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記繰り返し周波長は、５００ｋＨｚよりも大きいことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記繰り返し周波長は、１ＭＨｚよりも大きいことを特徴とする方法。
【請求項４】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、前記レーザーは、４００ｎｍより短い波長の紫外線レーザービームを発することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法であって、前記レーザーは、６００ｎｍより短い波長の可視レーザービームを発することを特徴とする方法。
【請求項６】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、前記半導体ウェハの表面上の層状構造に対してスクライビングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、層状構造内の誘導体マテリアルに対してスクライビングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、層状構造内の低誘電率材料に対してスクライビングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかに記載の方法であって、層状構造内の高誘電率材料に対してスクライビングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、５００ｋHzから１ＭＨｚの範囲の繰り返し周波長のレーザーを使って、金属層のダイシングを行うことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、ダイシング工程は、スクライビングに使用したものより低い繰り返し周波長の紫外線または可視波長ナノ秒パルスレーザーを用いてダイシングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、誘導体層に対してレーザースクライビングを行い、その後、金属層を通って、かつ少なくとも部分的に半導体ウェハの基板を通ってソーイングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、ウェハ表面上の異なるポイントにある異なるマテリアルを機械加工するために、実行中であってもレーザーパラメータが変更できることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、ウェハ上で機械加工される場所は、ウェハに伴って供給されたＣＡＤデータから決定されるか、または、マシンビジョン手段により決定されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、機械加工レーザーは低パワーで動作し、反射信号をモニターして、照射面の反射力から、スクライビングを行う対象のマテリアルが変化する位置を決定し、その場所での機械加工のパラメータを変更することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法であって、ダイシング工程は、機械ソーダイシング加工であることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法であって、ダイシング工程はエッチング加工であることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、ダイシングレーンからウェハに対する損傷の伝搬を防止するために、最終的なダイシングレーン幅よりも大きい幅のスクライブ溝に対してスクライビングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、モード同期レーザーを用いてスクライビングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、半導体増幅器や光ファイバー増幅器を用いた固体シードレーザーや光ファイバーレーザー光源を使ってスクライビングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、光ファイバーレーザーあるいは光ファイバー増幅器を用いてスクライビングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、０．１μＪから１０μＪの範囲のエネルギーのレーザーパルスを用いてスクライビングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記各項のいずれかに記載の方法であって、５０ｍｍ／ｓから１０００ｍｍ／ｓでクライビングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２５に記載の方法であって、２００ｍｍ／ｓから６００ｍｍ／ｓでクライビングを行う工程を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハのダイシングを行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザースクライビングは周知の技術であり、ソー、レーザー、あるいはエッチャーを使ってダイスレーンにおいてウェハを部分的にあるいは完全にダイシングしてウェハを個々に分離する前に、レーザービームを使って、ウェハの表面上にあるダイスレーンから少なくとも部分的にマテリアルを除去する。通常この加工は、ウェハ表面上の異なる位置にある、金属、低誘電率材料、および他の誘導体を含む異なるマテリアルを通ってスクライビングを行う工程を含む。
【０００３】
米国出願2006/0088984号は、短い（ピコ秒の）パルス幅を用いたレーザーパルスを使ってウェハのスクライビングを行う方法を記述しており、このパルス幅は、スクライビングが行われるマテリアルの電子フォノン相互作用時間よりも短く、かつ、そのレーザーパルスの繰り返し周波長は、マテリアルの熱緩和時間よりも長い、あるいは、プルーム寿命（plume lifetime）よりも長いので、作用面に熱損傷を与えることなく効果的にマテリアルを取り除くことができる。この実施例においては、１００ピコ秒よりも短い（すなわち０．１ナノ秒よりも短い）パルス長、あるいは好ましくは1ピコ秒（０．００１ナノ秒）よりも短いパルス長が、１ＭＨｚより小さいパルス繰り返し周波長で使用される。しかしながら、このような短いパルス幅と相対的に長いパルス繰り返し周波長を用いるために好適なレーザーは、比較的高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第2006/0088984号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、少なくとも前述のような先行技術の欠点を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明により半導体ウェハのダイシングを行う方法が提供され、該方法は、１ピコ秒乃至１０００ピコ秒のパルス幅と、スクライブ対象のマテリアルの熱緩和時間よりも短いパルス間隔に相当する繰り返し周波長のレーザーを使って、ダイスレーンに沿って少なくとも一層の誘電体層に対しスクライビングを行ってウェハの表面からマテリアルを除去し、金属層を通って、また少なくとも部分的に半導体ウェハの基板を通って、ダイシングを行うことを特徴とする。
【０００７】
繰り返し周波長は、５００ｋＨｚよりも大きいことが有益である。
【０００８】
繰り返し周波長は、１ＭＨｚよりも大きいと都合がよい。
【０００９】
レーザーは、４００ｎｍよりも短い波長の紫外線レーザービームを発することが有益である。
【００１０】
レーザーは、６００ｎｍよりも短い波長の可視レーザービームを発すると都合がよい。
【００１１】
この方法は、半導体ウェハの表面上の層状構造に対してスクライビングを行う工程を含むと都合がよい。
【００１２】
この方法は、層状構造内の誘導体マテリアルに対してスクライビングを行う工程を含むことが有益である。
【００１３】
この方法は、層状構造内の低誘電率材料に対してスクライビングを行う工程を含むことが有益である。
【００１４】
この方法は、層状構造内の高誘電率材料に対してスクライビングを行う工程を含むことが有益である。
【００１５】
金属層は、５００ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲の繰り返し周波長のレーザーを用いてダイシングを行うと都合がよい。
【００１６】
ダイシング工程は、スクライビングを行うために使用する場合よりも低い繰り返し周波長で、紫外線または可視波長ナノ秒パルスレーザーを用いてダイシングを行う工程を含むと都合がよい。
【００１７】
あるいは、この方法は、誘導体層に対してレーザースクライビングを行い、金属層と、少なくとも部分的に半導体ウェハの基板をソーイングする工程を含んでもよい。
【００１８】
レーザーパラメータは、ウェハ表面上の異なるポイントにある異なるマテリアルを機械加工するために、実行中に修正できると都合がよい。
【００１９】
ウェハ上で機械加工される位置は、ウェハに伴って供給されるＣＡＤデータから決定される、あるいは、マシンビジョン手段によって決定されると都合よい。
【００２０】
機械加工レーザーは低パワーで動作し、反射信号をモニターして、照射面の反射力から、スクライビングを行う対象のマテリアルが変化する位置を決定し、その場所での機械加工のパラメータを変更すると都合よい。
【００２１】
ダイシング工程は、機械ソーによるダイシング加工であると都合よい。
【００２２】
また、ダイシング工程は、エッチング加工であってもよい。
【００２３】
この方法は、ダイシングレーンからウェハへの損傷の伝搬を防止するために、最終的なダイシングレーン幅よりも大きい幅のスクライブ溝に対してスクライビングを行う工程を含むことが有益である。
【００２４】
この方法は、モード同期レーザーを用いてスクライビングを行う工程を含むことが有益である。
【００２５】
この方法は、半導体増幅器または光ファイバー増幅器を用いた、固体シードレーザーまたは光ファイバーレーザー光源を使ってスクライビングを行う工程を含むことが有益である。
【００２６】
この方法は、光ファイバーレーザーまたは光ファイバー増幅器を使ってスクライビングを行う工程を含むことが有益である。
【００２７】
この方法は、０．１μJから１０μJの範囲のエネルギーを有するレーザーパルスを使ってスクライビングを行う工程を含むことが有益である。
【００２８】
この方法は、５０mm/s から１０００mm/s でスクライビングを行う工程を含むことが有益である。
【００２９】
この方法は、２００mm/s から６００mm/s でスクライビングを行う工程を含むと都合がよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
ここで添付の図面を参照し、一例を挙げて本発明について説明する。
【００３２】
図１は、本発明による方法を示すフロー図である。
【００３３】
レーザースクライビングは、ソー、レーザー、またはエッチャーを用いて全層または部分的ダイシングを行う前に、ウェハのダイスレーンの表面からレイヤを除去するためにレーザーを使用する加工である。通常この加工は、ウェハ表面上の異なるポイントにある、金属、低誘電率材料、および他の誘導体を含む複数のマテリアルを通ってスクライビングを行う工程を含む。
【００３４】
本発明には、特徴が少なくとも二点ある。
【００３５】
まず、ウェハのスクライビング加工は、１ナノ秒以下のパルス幅という短いパルスのパルストレインを用いるものであって、これは、１マイクロ秒より短いパルスセパレーション、すなわち、１ＭＨｚよりも大きいパルス繰り返しレートであり、好ましくは、モード同期レーザーを用いる。これらのパラメータにより、ウェハ表面上に見られるマテリアルの多くものに対して効率的にスクライビング加工をすることが可能になり、ほとんど場合、ダイスレーンに存在するあらゆるマテリアルを効果的に機械加工することが可能となる。
【００３６】
しかしながら、半導体処理に使用される特定のマテリアルは、時間とともに変化するので、レーザーパラメータ設定がワンセットしかない状態では、効率的に機械加工することができないマテリアルがいくつかあるだろうという見通しが残る。この場合、モード同期レーザーを用いると、ウェハ上の位置の関数として、レーザーパラメータを変更することができる。この位置は、マシンビジョンを含むウェハ検査工程を通じて、またはウェハに与えられたＣＡＤデータを通じて決定できる。また、機械加工用レーザーを低パワーに変え、反射信号をモニターして、機械加工パラメータを変更することが必要と思われる、反射力が変化しているマテリアルの位置を提供する。
【００３７】
図１を参照すると、本発明の一実施例において、上記のように５００ＭＨｚよりも大きい繰り返し周波長、特に、１ＭＨｚよりも大きいレーザーによって、絶縁体材料に対し効率的にスクライビングが行われ（１１）、この金属は、次に続くウェハのレーザーダイシング加工１２においてカットされる。このようなレーザーダイシング加工は、低繰り返し周波長や短パルスレーザーだけでなく、紫外線および可視ナノ秒レーザーの使用も含む。要するに、この例において、当該スクライビング加工によって、レーザーソー１２または機械ソー１３を使用して金属層や半導体基板のダイシングを完了する前に、スクライビング加工においてダイスレーン内の絶縁体や他のマテリアルを除去する。これにより、二つの（または、それ以上）の工程のダイシング処理を可能にする。あるいは、エッチング１４によって、半導体ウェハについて、少なくとも部分的にダイスすることも可能である。
【００３８】
典型的なレーザーパラメータは、繰り返し周波長  ＞５００ｋＨｚ、パルス幅２０ｐｓ（すなわち、０．２ナノ秒）、そして平均パワー  ＞１Ｗである。これらのパワーレベルは、ファイバーモード同期レーザーおよびファイバー増幅レーザーから得ることができる。さらに、これらのレーザーは、概して電気通信や顕微鏡用に開発されたものであるので、それらが維持しているコヒーレンス度や低タイミングジッタは本質的要素ではない。従って、分布帰還型レーザーや外部キャビティ・ダイオードレーザーなどの、より低コストのシードレーザーが潜在的にソースとして使用可能であり、これらを必要とするパワーレベルまで増幅させることができる。
【００３９】
本発明の有利な点は、これらのパルスが、マテリアルの熱緩和時間よりも短いパルスの繰り返しで、ウェハ上のある特定の位置に向けられる場合、驚いたことに、その加工に対する熱寄与が、マテリアル除去の効率を改善し、およびまたは必要とするパルスエネルギーを軽減し、およびまたはレーザーから要求される平均パワーを軽減する。この加工の利点は特に、この加工を行うために必要とするレーザーを製造するコストが、低繰り返し周波長レーザーよりも格段に低いということにある。特に、この加工は、固体ダイオードシードレーザー、光ファイバーレーザー光源、および半導体増幅器または光ファイバー増幅器を用いて使用することが可能である。
【００４０】
実施例１−誘導体スクライビング。
【００４１】
１μＪパルスでスクライビングが行われた誘導体は、従来技術により、パルス繰り返し周波長５００ｋＨｚを用いて、１００ｍｍ／ｓで機械加工した場合、チッピングが確認された。
【００４２】
１μＪパルスでスクライビングが行われた誘導体は、本発明により、パルス繰り返し周波長５ＭＨｚを用いて、６００ｍｍ／ｓで機械加工した場合、チッピングが全く確認されなかった。
【００４３】
従って、１ＭＨｚよりも大きい繰り返し周波長により、フィード速度が１００ｍｍ／ｓ以上で、チップが生じないスクライビングを実現できることがわかった。
【００４４】
実施例２−金属スクライビング。
【００４５】
１μＪパルスでスクライビングが行われた金属層は、パルス繰り返し周波長５ＭＨｚを用いて、４００ｍｍ／ｓで機械加工した場合、溶解が確認された。
【００４６】
１μＪパルスでスクライビングが行われた金属層は、本発明により、パルス繰り返し周波長１ＭＨｚを用いて、２００ｍｍ／ｓで機械加工した場合、溶解が全く確認されなかった。
【００４７】
従って、金属エリアに対して、過剰なエネルギーを短時間デポジットすると、金属は溶解し燃焼する。１ＭＨｚ以下という低めの繰り返し周波長を使うことにより、周辺エリアに損傷を与えることなく金属層に対してきれいにスクライビングを行えることがわかった。
【００４８】
実施例３−金属および誘導体スクライビング。
【００４９】
ウェハのパターンおよびストリートにおける金属や誘導体の量により、同じパラメータを用いて、すべてのエリアを機械加工することが可能である。
【００５０】
ウェハ・スタックは、金属薄膜の上に誘導体膜を載せて構成した。ナノ秒レーザーを使用した場合、下にある金属に対して過剰な熱が伝わり、金属を膨張させ、それによって誘導体膜を粉砕したり剥離を生じさせたりしてしまった。本発明の方法を使用することにより、ファイバーレーザーの高い繰り返し周波長を用いて、チッピング、剥離、または溶解を生じさせることなく、その次に金属薄膜があるガラス材に対しきれいにスクライビングを行うことができる。
【００５１】
本発明の方法を使用すると、ナノ秒による加工よりも破片（debris）量が少なく、概して、粒子が小さく細かいということが観察された。
【００５２】
スクライビングとダイシング工程が別々である実施例においては、アライメントを容易にするために、実際のダイシングチャネルよりもスクライビングのラインを広くするよう設定し、ストリートの一部のエリアでのナノ秒ダイシングの後に、誘導体についてある程度のチッピングが観察されても、スクライビングの幅を超えて広がることは決してなかった。換言すると、ダイシング加工に伴ういかなるチッピングも含めるようにスクライビングを使用することが可能である。
【００５３】
２０ＭＨｚでモード同期され、その後パルスピックされるレーザーであって、その結果、他の短パルスレーザーシステムと比較して、繰り返し周波長という点において非常に柔軟性がある適切なファイバーレーザーは、フィアニウム・リミテッド（Fianium Ltd., 20 Compass Point, Ensign Way, Southampton, SO31 4RA, United Kingdom）より入手可能である。これによって、ウェハ上の異なる位置で異なるマテリアルを機械加工するために、実行中にレーザーパラメータを変更することが容易になる。
【図１】
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【国際調査報告】
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