(57)【要約】  レーザダイシングとレーザエッチングの組み合わせにより半導体のダイ破断強さ及び歩留まりが改善される。レーザダイシングとレーザエッチングの後に、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）や金属などの材料の下地層のダイシングが行われる。第２のレーザプロセス又は第２のエッチングプロセスを用いて材料の下地層のダイシングを行ってもよい。材料の下地層をカットする前に側壁エッチングを行うことにより、側壁エッチングプロセス中の切溝側壁上のデブリを低減又は防止できる。薄膜ウェハダイシングレーザシステムは、スループットに関する要件を満足するために、単一のレーザプロセスヘッドの構成又はデュアルレーザプロセスヘッドの構成のいずれかを含み得る。
2014520407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と材料の下地層に付着される底面とを含む半導体ウェハをダイシングするための方法であって、
第１のレーザビームを生成し、
前記半導体ウェハの上面に対して第１のレーザビームを相対的に運動させて、前記上面から１つ以上のダイシングストリートに沿って少なくとも部分的に半導体ウェハをダイシングし、前記第１のレーザビームは前記半導体ウェハの側壁により規定される切溝を形成し、
前記少なくとも部分的にダイシングされた半導体ウェハの前記側壁をエッチングして、前記第１のレーザビームによって前記側壁に生成された熱影響部（ＨＡＺ）を削減又は除去し、
材料の前記下地層を前記１つ以上のダイシングストリートに沿って切断して、少なくとも所定のダイ破断強さを有する前記半導体ウェハからダイを分離し、動作するダイの歩留まりを所定の最小歩留まり以上にし、
前記側壁エッチングは、材料の前記下地層の前記切断の前に行われ、前記側壁のエッチング中に材料の前記下地層から前記側壁へのデブリを低減又は防止する、
方法。
【請求項２】
材料の前記下地層はダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）である、請求項１の方法。
【請求項３】
材料の前記下地層を切断する際に、
第２のレーザビームを生成し、
前記１つ以上のダイシングストリートに沿って前記第２のレーザビームを前記ＤＡＦに対して相対的に移動させる、
請求項２の方法。
【請求項４】
前記第１のレーザビームは、紫外線（ＵＶ）波長を有し、ナノ秒時間的パルス幅とピコ秒時間的パルス幅とからなる群から選択される時間的パルス幅を有するパルスレーザビームである、請求項３の方法。
【請求項５】
前記第２のレーザビームは、可視光波長を有し、ナノ秒時間的パルス幅を有するパルスレーザビームである、請求項４の方法。
【請求項６】
前記側壁のエッチングの際に、前記半導体ウェハから半導体材料を除去するように構成された第１のエッチャントを使用し、
材料の前記下地層を切断する際に、前記ＤＡＦ材料を除去するように構成された第２のエッチャントを使用する、
請求項２の方法。
【請求項７】
前記第１のエッチャントは自発的エッチャントである、請求項６の方法。
【請求項８】
前記自発的エッチャントは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）である、請求項７の方法。
【請求項９】
前記第２のエッチャントは酸化物エッチャントである、請求項６の方法。
【請求項１０】
前記上面は、１つ以上のストリートによって分離された複数の互いに離間した電子回路要素のパターンを含む１層以上のデバイス層を有し、さらに、
前記第１のレーザビームを生成する前に、前記半導体ウェハにコーティングを塗布して、前記第１のレーザビームによって生成されたデブリから前記半導体ウェハを保護し、
前記１つ以上のダイシングストリートに沿った前記第１のレーザビームの第１のパスにおいて、前記１層以上のデバイス層をスクライビングし、
前記１つ以上のストリートに沿った前記第１のレーザビームの第２のパスにおいて前記半導体ウェハを少なくとも部分的にダイシングした後であって、前記側壁をエッチングする前に、前記半導体ウェハを洗浄して前記コーティングを除去する、
請求項１の方法。
【請求項１１】
材料の前記下地層が金属である、請求項１の方法。
【請求項１２】
材料の前記下地層を切断する際に、
第２のレーザビームを生成し、
前記１つ以上のダイシングストリートに沿って前記第２のレーザビームを前記金属に対して相対的に移動させる、
請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記側壁をエッチングする際に、前記半導体ウェハから半導体材料を除去するように構成された第１のエッチャントを使用し、
材料の前記下地層を切断する際に、前記金属を除去するように構成された第２のエッチャントを使用する、
請求項１１の方法。
【請求項１４】
上面と材料の下地層に付着される底面とを含む半導体ウェハをダイシングするためのレーザ加工システムであって、
第１のレーザビームを生成する第１のレーザ加工ヘッドであって、前記半導体ウェハの上面に対して第１のレーザビームを相対的に運動させて、前記上面から１つ以上のダイシングストリートに沿って少なくとも部分的に半導体ウェハをダイシングする第１のレーザ加工ヘッドを備え、前記第１のレーザビームは前記半導体ウェハの側壁により規定される切溝を形成し、
前記少なくとも部分的にダイシングされた半導体ウェハの前記側壁をエッチングして、前記第１のレーザビームによって前記側壁に生成された熱影響部（ＨＡＺ）を削減又は除去する第１のエッチングステーションと、
材料の前記下地層を前記１つ以上のダイシングストリートに沿って切断して、少なくとも所定のダイ破断強さを有する前記半導体ウェハからダイを分離し、動作するダイの歩留まりを所定の最小歩留まり以上にするダイシングステーションと、
を備え、
前記第１のエッチングステーションは、前記ダイシングステーションが材料の前記下地層を切断する前に前記側壁エッチングを行い、前記側壁のエッチング中に材料の前記下地層から前記側壁へのデブリを低減又は防止する、
システム。
【請求項１５】
前記第１のレーザ加工ヘッドは、ナノ秒時間的パルス幅とピコ秒時間的パルス幅とからなる群から選択される時間的パルス幅を有する紫外線（ＵＶ）レーザパルスを生成する第１のレーザ源を備える、請求項１４のシステム。
【請求項１６】
前記第１のエッチングステーションは、自発的エッチャントを用いて、前記半導体ウェハの前記側壁から半導体材料を除去する、請求項１４のシステム。
【請求項１７】
前記自発的エッチャントは二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）である、請求項１６のシステム。
【請求項１８】
材料の前記下地層がダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）であり、前記ダイシングステーションが、前記ＤＡＦをカットするためにナノ秒時間的パルス幅を有する可視光レーザパルスを有する第２のレーザビームを生成する第２のレーザ源を有する第２のレーザ加工ヘッドを備える、請求項１４のシステム。
【請求項１９】
材料の前記下地層が金属バッキングであり、前記ダイシングステーションが、前記金属バッキングをカットするための第２のレーザビームを生成する第２のレーザ源を有する第２のレーザ加工ヘッドを備える、請求項１４のシステム。
【請求項２０】
材料の前記下地層がダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）であり、前記ダイシングステーションが、前記ＤＡＦを切断するための第２のエッチングステーションを備える、請求項１４のシステム。
【請求項２１】
材料の前記下地層が金属バッキングであり、前記ダイシングステーションが、前記金属バッキングを切断するための第２のエッチングステーションを備える、請求項１４のシステム。
【請求項２２】
前記第１のレーザ加工ヘッドの前に、前記半導体ウェハに保護コーティングを塗布するためのコーティングステーションと、
前記第１のレーザ加工ヘッドの後であって前記第１のエッチングステーションの前に、前記保護コーティングをデブリとともに前記半導体ウェハから除去するための洗浄ステーションと、
をさらに備える、請求項１４のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ加工システム及び方法に関するものである。特に、本開示は、半導体デバイスを微細加工（例えばスクライビング又はダイシング）するためのレーザ加工システム及び方法に関するものである。
【発明の背景】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）は、一般的に、半導体基板上に又は半導体基板内に整列された状態で製作される。ＩＣは、一般的に、基板上に又は基板内に形成された１以上の層を含んでいる。機械鋸又はレーザを用いてスクライビングレーン又はスクライビングストリートに沿って１つ以上の上側の層を除去する場合がある。スクライビング後、鋸又はレーザを用いて基板を完全に切断して回路の構成要素を互いに分離することがある（ダイシングと呼ばれることがある）。
【０００３】
レーザ加工を使用する場合、その結果は材料に大きく依存する傾向がある。例えば、半導体をカットするためには第１のレーザタイプ（又はレーザパラメータのセット）が理想的であるかもしれず、金属をカットするためには第２のレーザタイプ（又はレーザパラメータのセット）が理想的であるかもしれない。
【０００４】
この問題に取り組んでいる１つの例は、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）上に実装された半導体デバイスのシンギュレーション、本明細書では「ＤＡＦダイシング」と呼ぶことのあるプロセスである。既知のプロセスを用いたレーザダイシングにより製造されたダイは、機械的なソーイングにより製造されたものと比べて機械的強度が低い傾向があるため、一般的に、これは極薄刃を有する機械的ダイアモンドソーを用いた製造において問題となる。シリコンウェハの厚さを薄くするとともに、脆弱なlow-k誘電材料をこれらの半導体デバイスに組み込むことは、機械的ソーダイシングに関する困難性を増大させ、スループットの低下と歩留まりの低下を招いてきた。薄いシリコンウェハのＤＡＦダイシング用の典型的なレーザのみによるプロセスを用いると、典型的に、例えば、未切断ＤＡＦ（「ダブルダイ」）、過切断（「アンカリング（anchoring）」）、及び／又はＤＡＦをレーザダイシングする前のエッチングの際のエッチ変動による）低いダイ破断強さとして現れるダイピック不良（die pick failure）が増加する（ダイ歩留まりが低下する）。
【０００５】
ＤＡＦダイシングについてこれまでなされてきた解決方法は、機械的ソーダイシングの前にレーザを用いてlow-k誘電体及び／又は半導体層をスクライビングし、レーザダイシングをダイシング後エッチングプロセスと組み合わせてダイを強化し、異なるレーザ（パルス幅のような異なるセットのレーザパラメータ）を有するフルカットのレーザダイシングシステムを用いるか、あるいはＤＡＦを固定してテープが裂けるまでＤＡＦを引き延ばすことである。単一のレーザダイシング方式を用いて半導体デバイスとＤＡＦの双方を貫通するようにダイシングする既知の方法は、半導体ダイの側壁上へのＤＡＦ材料の堆積を生じ、次段の二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）のエッチングプロセスがこの「ＤＡＦスプラッシュ」によって悪影響を受けてしまう。
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態における方法は、上面及び底面を含む半導体ウェハをダイシングする。この底面は材料の下地層に付着される。この方法は、第１のレーザビームを生成し、上記半導体ウェハの上面に対して第１のレーザビームを相対的に運動させて、上記上面から１つ以上のダイシングストリートに沿って少なくとも部分的に半導体ウェハをダイシングする。上記第１のレーザビームは、上記半導体ウェハの側壁により規定される切溝を形成する。さらに、この方法は、上記少なくとも部分的にダイシングされた半導体ウェハの上記側壁をエッチングして、上記第１のレーザビームによって上記側壁に生成された熱影響部（ＨＡＺ）を削減又は除去し、材料の上記下地層を上記１つ以上のダイシングストリートに沿って切断して、少なくとも所定のダイ破断強さを有する上記半導体ウェハからダイを分離し、動作するダイの歩留まりを所定の最小歩留まり以上にする。上記側壁エッチングは、材料の上記下地層の上記切断の前に行われ、上記側壁のエッチング中に材料の上記下地層から上記側壁へのデブリを低減又は防止する。
【０００７】
この方法のある実施形態においては、材料の上記下地層がダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）である。そのような実施形態においては、材料の上記下地層を切断する際に、第２のレーザビームを生成し、上記１つ以上のダイシングストリートに沿って上記第２のレーザビームを上記ＤＡＦに対して相対的に移動させる。上記第１のレーザビームは、紫外線（ＵＶ）波長を有し、ナノ秒又はピコ秒時間的パルス幅を有するパルスレーザビームを含んでいてもよい。上記第２のレーザビームは、可視光波長を有し、ナノ秒時間的パルス幅を有するパルスレーザビームを含んでいてもよい。
【０００８】
他の実施形態においては、上記側壁のエッチングの際に、上記半導体ウェハから半導体材料を除去するように構成された第１のエッチャントを使用し、材料の上記下地層を切断する際に、上記ＤＡＦ材料を除去するように構成された第２のエッチャントを使用する。一実施形態において、上記第１のエッチャントは、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）のような自発的エッチャントを含んでいる。プラズマエッチング、ウェットフォトレジストストリップ、又はウェットエッチング手法を用いてＤＡＦを切断してもよい。
【０００９】
ある実施形態においては、上記上面は、１つ以上のストリートによって分離された複数の互いに離間した電子回路要素のパターンを含む１層以上のデバイス層を含んでいる。その方法は、さらに、上記第１のレーザビームを生成する前に、上記半導体ウェハにコーティングを塗布して、上記第１のレーザビームによって生成されたデブリから上記半導体ウェハを保護し、上記１つ以上のダイシングストリートに沿った上記第１のレーザビームの第１のパスにおいて、上記１層以上のデバイス層をスクライビングし、上記１つ以上のストリートに沿った上記第１のレーザビームの第２のパスにおいて上記半導体ウェハを少なくとも部分的にダイシングした後であって、上記側壁をエッチングする前に、上記半導体ウェハを洗浄して上記コーティングを除去する。
【００１０】
ある実施形態においては、材料の上記下地層が金属を含んでいる。そのような他の実施形態においては、材料の上記下地層を切断する際に、第２のレーザビームを生成し、上記１つ以上のダイシングストリートに沿って上記第２のレーザビームを上記金属に対して相対的に移動させる。他のそのような実施形態においては、材料の上記下地層を切断する際に、上記金属を除去するように構成された第２のエッチャントを使用する。
【００１１】
一実施形態においては、レーザ加工システムは、上面と底面とを含む半導体ウェハをダイシングする。上記底面は、材料の下地層に付着される。このシステムは、第１のレーザビームを生成する第１のレーザ加工ヘッドであって、上記半導体ウェハの上面に対して第１のレーザビームを相対的に運動させて、上記上面から１つ以上のダイシングストリートに沿って少なくとも部分的に半導体ウェハをダイシングする第１のレーザ加工ヘッドを含んでいる。上記第１のレーザビームは、上記半導体ウェハの側壁により規定される切溝を形成する。このシステムは、さらに、上記少なくとも部分的にダイシングされた半導体ウェハの上記側壁をエッチングして、上記第１のレーザビームによって上記側壁に生成された熱影響部（ＨＡＺ）を削減又は除去する第１のエッチングステーションと、材料の上記下地層を上記１つ以上のダイシングストリートに沿って切断して、少なくとも所定のダイ破断強さを有する上記半導体ウェハからダイを分離し、動作するダイの歩留まりを所定の最小歩留まり以上にするダイシングステーションとを含んでいる。上記第１のエッチングステーションは、上記ダイシングステーションが材料の上記下地層を切断する前に上記側壁エッチングを行い、上記側壁のエッチング中に材料の上記下地層から上記側壁へのデブリを低減又は防止する。
【００１２】
あるシステムの実施形態においては、上記第１のレーザ加工ヘッドは、ナノ秒又はピコ秒時間的パルス幅を有する紫外線（ＵＶ）レーザパルスを生成する第１のレーザ源を含んでいる。
【００１３】
あるシステムの実施形態においては、上記第１のエッチングステーションは、自発的エッチャントを用いて、上記半導体ウェハの上記側壁から半導体材料を除去する。上記自発的エッチャントは、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）を含んでいてもよい。
【００１４】
あるシステムの実施形態においては、材料の上記下地層がＤＡＦであり、上記ダイシングステーションが、上記ＤＡＦをカットするためにナノ秒時間的パルス幅を有する可視光レーザパルスを有する第２のレーザビームを生成する第２のレーザ源を有する第２のレーザ加工ヘッドを含んでいる。
【００１５】
あるシステムの実施形態においては、材料の上記下地層が金属バッキングであり、上記ダイシングステーションが、上記金属バッキングをカットするための第２のレーザビームを生成する第２のレーザ源を有する第２のレーザ加工ヘッドを含んでいる。
【００１６】
あるシステムの実施形態においては、材料の上記下地層がＤＡＦであり、上記ダイシングステーションが、上記ＤＡＦを切断するための第２のエッチングステーションを含んでいる。
【００１７】
あるシステムの実施形態においては、材料の上記下地層が金属バッキングであり、上記ダイシングステーションが、上記金属バッキングを切断するための第２のエッチングステーションを含んでいる。
【００１８】
ある実施形態においては、上記システムは、さらに、上記第１のレーザ加工ヘッドの前に、上記半導体ウェハに保護コーティングを塗布するためのコーティングステーションを含んでいる。そのような実施形態は、さらに、上記第１のレーザ加工ヘッドの後であって上記第１のエッチングステーションの前に、上記保護コーティングをデブリとともに上記半導体ウェハから除去するための洗浄ステーションを含んでいてもよい。
【００１９】
付加的な態様及び利点は、添付図面を参照して述べられる以下の好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、ウェハリング内に配置されたダイシングテープ上に搭載された半導体ウェハを含むワークピースの上面図を模式的に示すものである。
【図２Ａ】図２Ａは、側壁エッチングの前にフルカットレーザプロセスを用いてダイシングされたＤＡＦを有するシリコンの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、側壁エッチング後の図２Ａに示されるＤＡＦを有するシリコンのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３】図３は、３つのシリコンウェハについて測定したダイ破断強さのグラフである。
【図４】図４は、一実施形態によりダイシングされたダイのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図５】図５は、一実施形態における半導体ウェハをダイシングするプロセスのフローチャートである。
【図６Ａ】図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅは、ある実施形態におけるダイシングプロセスの異なるステップ中のワークピースの断面図を模式的に示すものである。
【図６Ｂ】図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅは、ある実施形態におけるダイシングプロセスの異なるステップ中のワークピースの断面図を模式的に示すものである。
【図６Ｃ】図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅは、ある実施形態におけるダイシングプロセスの異なるステップ中のワークピースの断面図を模式的に示すものである。
【図６Ｄ】図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅは、ある実施形態におけるダイシングプロセスの異なるステップ中のワークピースの断面図を模式的に示すものである。
【図６Ｅ】図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅは、ある実施形態におけるダイシングプロセスの異なるステップ中のワークピースの断面図を模式的に示すものである。
【図７】図７は、一実施形態において裏面又は底面がＤＡＦに貼り付けられたシリコン基板内又はシリコン基板上に形成されたデバイススタックを含むワークピースをダイシングするプロセスのフローチャートである。
【図８】図８は、一実施形態において材料の下地層に付着された面を有する半導体ウェハをダイシングするためのシステムのブロック図である。
【図９Ａ】図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、ある実施形態において、ダイシングされる金属バッキングを含む半導体ウェハの側面斜視図を模式的に示すものである。
【図９Ｂ】図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、ある実施形態において、ダイシングされる金属バッキングを含む半導体ウェハの側面斜視図を模式的に示すものである。
【図９Ｃ】図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、ある実施形態において、ダイシングされる金属バッキングを含む半導体ウェハの側面斜視図を模式的に示すものである。
【図９Ｄ】図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、ある実施形態において、ダイシングされる金属バッキングを含む半導体ウェハの側面斜視図を模式的に示すものである。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００２１】
本明細書に開示されるシステム及び方法は、半導体側壁への材料スプラッシュにより生ずる問題を低減し、あるいはなくすことのできるレーザダイシングの手法を提供する。開示される実施形態により、従来のフルレーザカットシステムよりも歩留まりが増加し（例えばダイ破断強さが増し）、ダイピック百分率が増加する。
【００２２】
本明細書における例の多くは、薄いウェハのダイシング、特にダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）に付着された半導体材料のダイシングを対象としているが、他の実施形態では、半導体の側壁にスプラッシュし得る他の材料を有する層に隣接する半導体層を含むワークピースをダイシングする。例えば、ある実施形態では、金属層に隣接する又は金属層に付着された半導体層を含むワークピースをダイシングする。
【００２３】
ある実施形態によれば、薄いウェハに対するダイシングレーザシステムは、厚さ約５０μｍ未満、直径約３００ｍｍ、ダイサイズ約１０ｍｍ×１０ｍｍのウェハに対して時間当たりのウェハ数（ＷＰＨ）が約１５ウェハというスループットの要求に応えるために、単一のレーザプロセスヘッドの構成又はデュアルレーザプロセスヘッドの構成を含み得る。本明細書に開示された実施形態を用いて他のウェハサイズ及び／又はダイサイズを加工してもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
【００２４】
ある実施形態によれば、第１のプロセスレーザヘッドは、単一のナノ秒又はピコ秒紫外線（ＵＶ）レーザを含んでいる。単一のプロセスレーザヘッドによって加工される特定のターゲット材料によっては、他のタイプのレーザを使用してもよい。例えば、赤外線（ＩＲ）又は緑色レーザを使用してもよい。レーザは、ダイオード励起固体レーザ、モードロックレーザ、又はウェハの半導体及び他の材料を加工するのに好適な他のレーザであってもよい。例えばガルバノメータ及びテレセントリック走査レンズを用いてツール経路をダイシングレーン又はダイシングストリートに沿ってカットするようにビームの位置決めを制御してもよい。各走査範囲又は領域をスクライビングした後に、ＸＹステージが次の走査範囲に位置合わせされる前に半導体（例えばシリコン）のダイシングをしてもよい。
【００２５】
また、ある実施形態は第２のプロセスレーザヘッドを用いる。半導体に隣接する材料を加工するために第２のプロセスレーザヘッドのレーザが選択される。例えば、第２のプロセスレーザヘッドのレーザは、ＤＡＦをカットするために使用される可視波長を有する低コストナノ秒レーザを含んでいる。他の例としては、第２のプロセスレーザヘッドのレーザは、金属をカットするために使用されるＵＶ、緑色、又はＩＲ波長を有するパルスレーザ又は連続波（ＣＷ）レーザ（例えばＣＯ2レーザ）を含んでいてもよい。
【００２６】
ある実施形態においては、材料の下地層（例えば、ＤＡＦ又は金属バッキング）に付着された半導体ウェハをダイシングする方法は、レーザビームを用いて少なくとも部分的に半導体ウェハをダイシングし、側壁をエッチングして熱影響部（ＨＡＺ）を削減又は除去し、その後、同じレーザビーム又は異なるレーザビームを用いて材料の下地層を切断する。半導体ウェハの側壁エッチング用のエッチャントは、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）のような自発的エッチャントであってもよいが、これに限られるものではない。ある実施形態においては、ウェット化学エッチングやプラズマエッチングのような他のタイプのエッチングも用いることができる。
【００２７】
ＤＡＦや金属バッキングのような下地材料を切断することにより、ＨＡＺを除去するエッチングプロセスの有効性を低減し得るデブリ又はスプラッシュが側壁上に生じる傾向がある。このため、材料の下地層を切断する前に側壁エッチングを行うことにより、側壁上のデブリやスプラッシュが削減又は防止され、側壁エッチングプロセスがより効果的になる。
【００２８】
他の実施形態においては、材料の下地層（例えば、ＤＡＦ又は金属バッキング）に付着された半導体ウェハをダイシングする方法は、レーザビームを用いて少なくとも部分的に半導体ウェハをダイシングし、側壁をエッチングして熱影響部（ＨＡＺ）を削減又は除去し、その後、第２のエッチングプロセスで材料の下地層を切断する。例えば、自発的エッチャントを用いて半導体ウェハの側壁エッチングを行った後、プラズマエッチング、ウェットフォトレジストストリップ、又はウェットエッチングを行ってＤＡＦをエッチングで切断してもよい。他の例としては、材料の下地層が金属バッキングである実施形態に関しては、リソグラフィ及びプラズマエッチングを用いてダイシングストリートの金属を切断してもよい。表１は、材料の下地層に用いられる金属や他の材料をエッチングするためのプラズマエッチング特有の化学反応の例を示す。
【表１】
2014520407.tif 000003
【００２９】
本明細書に開示された実施形態は、ダイの歩留まりとウェハにわたるダイ強さを上げ、標準偏差とプロセス安定性を改善し、ＤＡＦカットの直接の結果としてダイピックを改善する。開示された実施形態は、側壁エッチングに使用されるエッチャントの消費量を削減することもでき、これにより所有費用（ＣｏＯ）を低く抑え、ウェハごとのコストを下げ、ツールの価値を上げることができる。
【００３０】
ここで、同様の参照符号が同様の要素を示している図面を参照する。以下の説明では、本明細書に開示された実施形態が完全に理解できるように、非常にたくさんの具体的な詳細が述べられる。しかしながら、具体的な詳細のうち１つ以上のものがなくても、あるいは、他の方法、構成要素、又は材料によっても実施形態を実現できることは、当業者であれば理解できるであろう。また、実施形態の態様を不明瞭にすることを避けるために、既知の構造、材料、又は動作は、図示されていないか、あるいは詳細には述べられていない場合がある。さらに、１つ以上の実施形態においては、任意の適切な方法により、ここで述べられる特徴、構造、又は特性を組み合わせることができる。
【００３１】
図１は、ウェハリング１１４内に配置されたダイシングテープ１１２上に搭載された半導体ウェハ１１０を含むワークピース１００の上面図を模式的に示すものである。半導体ウェハ１１０の（図１に示される）上面は、スクライブライン又はスクライブストリート１１８に沿って複数の半導体チップ１１６に分割されている。半導体チップ１１６は、半導体ウェハ１１０の１層以上のデバイス層（本明細書において「デバイススタック」とも言う）上又はデバイス層内に形成された電子回路要素を含んでいる。半導体ウェハ１１０の底面（図示せず）は、半導体チップ１１６を配線基板（図示せず）に実装する際に接着材として機能するダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）を含んでいてもよい。ＤＡＦはポリマーであってもよい。単なる例示であって限定ではないが、ＤＡＦ材料は日立製作所から入手することができ（例えばFH-900）、あるいは日東電工から入手することができる（例えばEM-500又はEM-700）。
【００３２】
図２Ａは、側壁エッチングの前にフルカットレーザプロセスを用いてダイシングされたＤＡＦ２１２を有するシリコン２１０の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。上述したように、図２Ａに示される、レーザでカットされた未エッチング側壁２１４（ａ）は、ダイの機械的強度を低下させる熱影響部（ＨＡＺ）を含んでいる。側壁エッチングによりＨＡＺを除去してもよい。図２Ｂは、側壁エッチング後の図２Ａに示されるＤＡＦ２１２を有するシリコン２１０のＳＥＭ顕微鏡写真である。図２Ｂは、エッチングされた側壁２１４（ｂ）上におけるＤＡＦ「スプラッシュ」２１６の堆積を示している。ＤＡＦ堆積又はＤＡＦスプラッシュ２１６は、（例えばＸｅＦ2を用いる）エッチングプロセスを阻害し、シリコンウェハ２１０のダイ強さを低下させる。ＤＡＦスプラッシュ２１６の一部に付着したシリコンはエッチングにより除去されているので、図２ＢにおけるＤＡＦスプラッシュ２１６の少なくとも一部により、エッチングされた側壁２１４（ｂ）が傾斜したり、剥がれ落ちたりする。このため、ＤＡＦスプラッシュ２１６は、エッチングされた側壁２１４（ｂ）を取り去り、シリコン２１０とＤＡＦ２１２の界面で少なくとも部分的に蝶番状に動く場合がある。
【００３３】
図３は、３つのシリコンウェハについて測定したダイ破断強さのグラフである。図示されたデータ（平均ダイ強さ、最大ダイ強さ、及び最小ダイ強さ）は、ブランク７５μｍシリコン（Ｓｉ）ウェハ（ＤＡＦありとＤＡＦなし）に対する３点ダイ強さ試験により測定されたものである。第１の列３１０は、レーザダイシングがなされたがエッチングはなされていないＤＡＦのない第１のシリコンウェハに対するデータを示している。第２の列３１２は、レーザダイシング及びエッチングがなされたＤＡＦのない第２のシリコンウェハに対するデータを示している。第３の列３１４は、エッチングの前にシリコン及びＤＡＦの双方をレーザダイシングにより切断したＤＡＦのある第３のシリコンウェハに対するデータを示している。この例では、ＤＡＦは日立製作所から入手可能なFH-900である。ＤＡＦスプラッシュによりエッチングプロセスがＨＡＺを十分に除去できなくなり、これにより応力がかかった際にマイクロクラックがシリコン全体に伝播していくことになるので、図示されているように、第３のウェハの最小ダイ強さは第２のウェハの最小ダイ強さよりも低くなる。
【００３４】
シリコンウェハ全体に破断を生じさせるのに３点曲げ技術を使用できることは、当業者であれば理解できるであろう。一般的に、３点ダイ強さ試験では、シリコンウェハを２つの支持部の間に配置し、ウェハの中央に力を印加する。ウェハが破断するときの力を測定し、これをシリコンウェハの厚さ、シリコンダイ／試料の幅、及び２つの支持部の間のスパンを含む既知の３点曲げ式に用いる。この式により、シリコンウェハの単位面積当たりの応力が計算される。これにより、様々なレーザ加工技術に対してダイの機械的強度を決定することができる。
【００３５】
図４は、本明細書に開示された実施形態によりダイシングされたダイ４００のＳＥＭ顕微鏡写真である。図４は、ダイ４００の上面４１０とエッチングされたシリコン側壁４１２を示している。図示はされていないが、ある実施形態においては、上面４１０上又は上面４１０内に１層以上のデバイス層を形成すること、及び／又は上面４１０をフォトレジスト又は他のコーティング材料で被覆することが可能である。シリコン側壁４１２は、上面４１０から、ＤＡＦ４１４の層に付着されるシリコンの底面（図示せず）に向けて下方にシリコンをレーザダイシングすることにより形成される。ＤＡＦ４１４をカットする前に、（例えば、シリコンをレーザ加工することにより生じるＨＡＺを除去するために）応力緩和のためにシリコン側壁４１２がエッチングされる。側壁エッチングの後、第２のレーザプロセスを用いてＤＡＦ４１４をダイシングする。加えて、又は他の実施形態においては、エッチングされたシリコン側壁４１２を第２のレーザプロセス中及び／又は後段の加工ステップ中に保護するために、エッチングされたシリコン側壁４１２が（例えばパリレンや他のポリマーにより）コーティングされる。
【００３６】
また、図４は、側壁エッチングプロセス中にシリコン側壁４１２を広げることによって生じたＤＡＦリップ部又はフラップ部４１６を示している。分かり易くるために、ＤＡＦリップ部又はフラップ部４１６を図７Ｅでも示している。ある実施形態においては、ＤＡＦリップ部又はフラップ部４１２のサイズが、エッチングされたシリコン側壁４１２からの干渉がなく（あるいはエッチングされたシリコン側壁４１２と干渉することなく）第２のレーザプロセスによりＤＡＦ４１４をカットできるサイズとなるように側壁エッチングプロセスが制御される。ＤＡＦ４１４をダイシングした後、図４に示される例では、ダイ４００に対するＤＡＦリップ部又はフラップ部４１６の幅は約１８．５μｍである。シリコンが少なくとも部分的にダイシングされ、ダイ４００と隣接するダイ（図示せず）の間のストリートに沿ってエッチングされた後は、ダイ４００のシリコンと隣接するダイの間の距離により、第２のレーザプロセス中にストリートに沿ってレーザビームを位置合わせする精度が決まる。生じるＤＡＦリップ部又はフラップ部４１６のサイズを、第２のレーザプロセス中のレーザビームのスポットサイズ及び他のパラメータにより決定してもよい。第２のレーザプロセスではなく、第２のエッチングプロセスにおいてＤＡＦ４１４が除去される実施形態では、ＤＡＦリップ部又はフラップ部４１６を小さくするか、あるいは完全に除去してもよい。
【００３７】
図５は、一実施形態における半導体ウェハをダイシングするプロセス５００のフローチャートである。この半導体ウェハは上面と底面を有している。底面は、材料の下地層に付着されている。ある実施形態においては、材料の下地層はＤＡＦを含んでいる。他の実施形態においては、材料の下地層は、例えば金属を含んでいる。方法５００では、第１のレーザビームを使用して半導体ウェハを少なくとも部分的にダイシングする（５１０）。ある実施形態においては、第１のレーザビームは、ダイシングストリートに沿って材料の下地層の表面を少なくとも部分的に露出させるように十分な量の半導体材料を除去する。他の実施形態においては、第１のレーザビームは、材料の下地層が露出しないようにストリートに沿って半導体材料を部分的にのみダイシングする。そのような実施形態においては、材料の下地層にわたって半導体の薄膜層（例えば、約１μｍ〜３μｍ以上）を残すことにより、エッチングプロセス前に材料の下地層が半導体の側壁にスプラッシュされる可能性が下がる。
【００３８】
方法５００では、さらに、少なくとも部分的にダイシングされた半導体ウェハの側壁をエッチングして（５１２）、第１のレーザビームにより側壁に生じたＨＡＺを削減又は除去する。そして、方法５００では、１つ以上のダイシングストリートに沿って材料の下地層を切断して、所定のダイ破断強さ以上の半導体ウェハからダイを分離し、動作するダイの歩留まりを所定の最小歩留まり以上にする（５１４）。所定のダイ破断強さ及び所定の最小歩留まりは特定の用途に依存している。例えば、一実施形態では、ベア／ミラーＳｉＯ2ウェハの所定のダイ破断強さは約５００ＭＰａである。加えて、又は他の実施形態においては、所定の最小歩留まりは９９．５％〜１００％の範囲にある。材料の下地層を切断する前に側壁エッチングを行い、側壁のエッチング中に材料の下地層から生じる側壁上のデブリを低減又は防止する。１つ以上のダイシングストリートに沿って材料の下地層を除去するように構成された第２のレーザビーム又は第２のエッチャントを用いて材料の下地層を切断してもよい。
【００３９】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｅは、ある実施形態におけるダイシングプロセスの異なるステップ中のワークピース６００の断面図を模式的に示すものである。ワークピース６００は、半導体（例えばシリコン）ウェハ６１２にわたって形成されるデバイススタック６１０を含んでいる。この例では、ＤＡＦ６１４は、半導体ウェハ６１２の裏面又は底面に貼り付けられている。デバイススタック６１０は、半導体ウェハ６１２の上面上又は上面内に形成された１層以上のデバイス層を含む電子回路要素を含んでいてもよい。デバイススタック６１０の１層以上のデバイス層は、例えば、パッシベーション及び／又はカプセル化のために使用される二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）及び／又はシリコン窒化物（ＳｉYＮX）（例えばＳｉ4Ｎ3）、誘電層（例えばＳｉＮ）により分離される１層以上の金属層、及び／又はlow-k誘電体層を含み得る。
【００４０】
図６Ｂに示されるように、第１のレーザビーム６１６によりデバイススタック６１０をスクライビングして下地半導体基板６１２をダイシングストリート６１７に沿って露出させる。図６Ｃにおいて、第２のレーザビーム６１８により半導体ウェハ６１２を少なくとも部分的にダイシングする。ある実施形態においては、第１のレーザビーム６１６及び第２のレーザビーム６１８は、異なるレーザ源により生成され、及び／又は異なるレーザパラメータを有している。他の実施形態においては、図６Ｃに示される第１のレーザビーム６１６及び第２のレーザビーム６１８は、ダイシングストリート６１７に沿った同一のレーザビームの異なるパスを表している。さらに他の実施形態においては、ダイシングストリート６１７に沿って単一のレーザビームの単一のパスでデバイススタック６１０及び半導体ウェハ６１２の少なくとも一部がカットされる。上述したように、図６Ｃの第２のレーザビーム６１８は、下地ＤＡＦ６１４を露出させるように半導体ウェハ６１２の十分な部分を除去するようになっているが、ある実施形態によればＤＡＦ６１４にわたって数ミクロンの半導体材料が残り、エッチング前における半導体ウェハ６１２の側壁６２０上へのＤＡＦ６１４のスプラッシュが減少又は防止される。
【００４１】
図６Ｄは、側壁エッチングステップを表している。図６Ｄでは、図６Ｃにおける第２のレーザビーム６１８により形成された元の側壁６２０が破線で表されている。側壁エッチングステップにより元の側壁６２０の一部（例えば、ＨＡＺを含む部分）が除去されてエッチングされた側壁６２２が形成される。
【００４２】
図６Ｅにおいては、第３のレーザビーム６２４によりＤＡＦ６１４がダイシングされ、第１のダイ６２６が第２のダイ６２８から分離される。一実施形態においては、第２のレーザビーム６１８及び第３のレーザビーム６６２４は異なるレーザ源により生成され、及び／又は異なるレーザパラメータを有している。他の実施形態においては、第２のレーザビーム６１６及び第３のレーザビーム６１８は、ダイシングストリート６１７に沿った同一のレーザビームの異なるパスを表している。図６Ｅに示されるように、第３のレーザビーム６２４を用いてＤＡＦ６１４を加工すると、図４に関して先に述べたＤＡＦリップ部又はフラップ部６３０が生じる。他の実施形態においては、第３のレーザビーム６２４の代わりに第２のエッチングステップを用いてＤＡＦ６１４を切断する。そのような実施形態においては、ＤＡＦリップ部又はフラップ部６３０が減少し得るか、消滅し得る。
【００４３】
図７は、一実施形態において裏面又は底面がＤＡＦに貼り付けられたシリコン基板内又はシリコン基板上に形成されたデバイススタックを含むワークピースをダイシングするプロセス７００のフローチャートである。プロセス７００では、ワークピースを保護コーティングでコーティングし（７１０）、スクライビングプロセス及びダイシングプロセスをデブリから保護する。保護コーティングは、液体樹脂（例えばシリコングリコール共重合体）を含んでいてもよい。上述したように、プロセス７００では、さらに、シリコン基板を少なくとも部分的にダイシングするものであるが、ダイシングストリートに沿ってＤＡＦにわたって数ミクロンのシリコンを残すことがあるシリコンレーザダイシングの後に、デバイススタックスクライビングが行われる（７１２）。方法７００では、さらに、ワークピースを洗浄して（７１６）保護コーティングを除去する。例えば脱イオン水又は他の溶媒でワークピースを洗浄してもよい。また、プロセス７００では、レーザダイシング中にシリコン基板に切り込まれる切溝の側壁をエッチングする（７１８）。エッチング７１８の後、プロセス７００はＤＡＦダイシング７２０を行う。エッチング７１８の後、ＤＡＦダイシング７２０を行うことにより、エッチング７１８中に側壁上に存在するＤＡＦを減少又は防止することができ、これによりＨＡＺを減少又は除去するエッチング７１８の能力を増してダイ破断強さを向上することができる。また、エッチング７１８の後、ＤＡＦダイシング７２０を行うことにより、その後の加工（例えばパッケージング）中にスプラッシュしたＤＡＦが蝶番状になるあるいは側壁から落ちることを少なくすることができる、あるいは防止することができる。
【００４４】
図８は、一実施形態において材料の下地層に付着された面を有する半導体ウェハをダイシングするためのシステム８００のブロック図である。ある実施形態においては、材料の下地層はＤＡＦを含んでいる。他の実施形態においては、材料の下地層は、例えば金属を含んでいる。システム８００は、第１のカセット８１０と、コーティングステーション８１２と、第１のレーザ加工ヘッド８１４と、洗浄ステーション８１６と、エッチングステーション８１８と、第２のレーザ加工ヘッド８２０と、第２のカセット８２２とを含んでいる。他の実施形態におけるシステム８００の要素がより少なくても（例えば単一のカセット及び／又は単一のレーザ加工ヘッドを有する）、要素が追加されてもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
【００４５】
第１のカセット８１０は、システム８００によるダイシングのために（例えばロボットにより）連続的にロード可能な多数の半導体ウェハを保持するように構成されたキャリアを含んでいてもよい。コーティングステーション８１２は、半導体ウェハ上の保護コーティング７１０を振り落としてスクライビングプロセス及びダイシングプロセスをデブリから保護してもよい。第１のレーザ加工ヘッド８１４は、第１のレーザビームを生成するためのレーザ源と、上面から１つ以上のダイシングストリートに沿って半導体ウェハを少なくとも部分的にダイシングするために、半導体ウェハの上面に対して第１のレーザビームを相対運動させるため運動ステージとを含んでいる。第１のレーザビームは、側壁により規定される切溝を半導体ウェハ内に形成する。そして、洗浄ステーション８１６は、第１のレーザビームにより生じたデブリとともに保護コーティングを除去する。
【００４６】
エッチングステーション８１８は、少なくとも部分的にダイシングされた半導体ウェハの側壁をエッチングして第１のレーザビームにより側壁に生じた熱影響部（ＨＡＺ）を削減又は除去する。そして、第２のレーザ加工ヘッド８２０は、１つ以上のダイシングストリートに沿って材料の下地層を切断して、少なくとも所定のダイ破断強さを有する半導体ウェハからダイを分離し、使用可能なダイの歩留まりを少なくとも所定の最小歩留まりとする。材料の下地層を切断する前に側壁エッチングを行うことによって、側壁のエッチング中に材料の下地層から側壁上へのデブリを低減又は防止する。最後に、その後の加工のためにダイが第２のカセット８２２にロードされる。ある実施形態においては、第２のレーザ加工ヘッド８２０は、本明細書で述べたようにエッチングを用いて材料の下地層を切断するように構成された第２のエッチングステーションに置き換えられる。このように、第２のレーザ加工ヘッド８２０を「ダイシングステーション」と呼ぶことができる。
【００４７】
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、ある実施形態において、ダイシングされる金属バッキング９１４を含むワークピース９００の側面斜視図を模式的に示すものである。ワークピース９００は、半導体ウェハ９１２（例えばシリコン）にわたって形成される１層以上のデバイス層９１０を含んでいる。この例では、金属９１４は半導体ウェハ９１２の裏面に貼付されている。
【００４８】
図９Ｂに示されるように、ダイシングプロセスは、ワークピース９００のストリート９１８に沿ったレーザビーム９１６の第１のパスを含んでいる（例えば、ストリート９１８に対してレーザビーム９１６を矢印の方向に相対的に移動させるＸ−Ｙ並進ステージを用いる）。レーザビーム９１６の第１のパスは、下にある半導体ウェハ９１２をストリート９１８に沿って露出させるように１つ以上のデバイス層９１０を除去することにより、ワークピース９００をスクライビングする。１層以上のデバイス層９１０のストリート９１８内で金属（例えば銅）とlow-k誘電体の組み合わせを加工するように、レーザビーム９１６の第１のパスのために使用されるレーザパラメータを構成してもよい。例示の実施形態においては、ＵＶ又は緑色レーザ源が使用され、時間的パルス持続時間が約１２ｎｓから約１４ｎｓの範囲にあるパルスを用いて第１のパス用のレーザビーム９１６を生成する。
【００４９】
図９Ｃに示されるように、ダイシングプロセスの次のステップは、半導体ウェハ９１２を切断するための、ストリート９１８に沿ったレーザビーム９１６の第２のパスを含んでいる。第２のパスの間、同一のＵＶ又は緑色レーザ源によりレーザビーム９１６を生成し、約１ナノ秒から約３ナノ秒の範囲の時間的パルス持続時間を有するレーザパルスを供給してもよい。図示されていないが、その後ストリート９１８内の側壁がエッチングされる。側壁エッチングに続いて、図９Ｄに示されるように、ダイシングプロセスの次のステップは、金属９１４を切断するための、ストリート９１８に沿ったレーザビーム９１６の第３のパスを含んでいる。第３のパスにおいては、一実施形態によれば、レーザビーム９１６のワークピース９００に対する速度は約１００ｍｍ／ｓから約４，０００ｍｍ／ｓの範囲にあり、パルス繰り返し率は約１ｋＨｚから約１ＭＨｚの範囲にあり、スポットサイズは約４μｍから約１２μｍの範囲にあり、パルスエネルギーは約１０μＪから約１，０００μＪの範囲にあり、ＵＶ波長は約３５２ｎｍから約３５５ｎｍの範囲にある。他の実施形態においては、第３のパスでは、レーザビーム９１６は緑色波長（例えば約５３２ｎｍ）を有している。さらに他の実施形態においては、第３のパスでは、レーザビームは（例えばＣＯ2レーザにより生成されるような）ＩＲ波長を有している。３つのパスのそれぞれに対して他の種類のレーザ又はレーザパラメータを用いてもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
【００５０】
本発明の基礎をなす原則から逸脱することなく上述した実施形態の詳細に対して多くの変更をなし得ることは、当業者であれば理解できるであろう。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ画定されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【国際調査報告】
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