(57)【要約】【課題】本発明は半導体ウェーハの切断方法に関するものである。【解決手段】本発明は、半導体層の形成された上面を有するウェーハを所定寸法のチップ単位で切断する方法において、前記ウェーハ（１１）が所定厚さを有するよう前記ウェーハ（１１）の下面をラッピングする段階（同図（Ｂ））と、前記ウェーハ（１１）の下面にチップ大でレーザービームを照射してスクライブライン（１５）を形成する段階（同図（Ｃ））と、前記スクライブライン（１５）が形成された前記ウェーハ下面をポリッシングする段階（同図（Ｄ））と、前記ウェーハ（１１）を前記スクライブライン（１５）に沿ってチップ単位（２０）で分離する段階（同図（Ｅ））とを含む半導体ウェーハの切断方法を提供する。前記方法によると、ウェーハ厚を減少させるラッピング工程とレーザービームによるスクライビング工程とを組み合せてＧａＮ系半導体ウェーハのように硬度の高い半導体ウェーハを容易に切断することができる。【選択図】      図１
2004311915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層の形成された上面を有するウェーハを所定寸法のチップ単位で切断する方法において、
前記ウェーハが所定の厚さを有するよう前記ウェーハの下面をラッピングする段階と、
前記ウェーハの下面にチップ単位で区分するスクライブラインが形成されるようレーザービームを照射する段階と、
前記スクライブラインの形成された前記ウェーハの下面をポリッシングする段階と、
前記ウェーハを前記スクライブラインに沿ってチップ単位で分離する段階と、
を有することを特徴とする半導体ウェーハの切断方法。
【請求項２】
前記ポリッシング段階は、前記スクライブラインの形成段階において発生した汚染物を除去することを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの切断方法。
【請求項３】
前記ポリッシング段階において除去されるウェーハ部分の厚さは、スクライブラインの深さより小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの切断方法。
【請求項４】
前記ウェーハ上に形成された半導体層は窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体ウェーハで、前記ウェーハはサファイア基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハの切断方法に関するもので、とりわけレーザースクライビング（ｓｃｒｉｂｉｎｇ）工程を利用しながらその過程において発生する汚染物を除去できる半導体ウェーハの切断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は半導体層の形成されたウェーハをチップ単位で切断する方法として、ダイアモンドチップを具備したダイシングソー（ｄｉｃｉｎｇ  ｓａｗ）またはスクライバー（ｓｃｒｉｂｅｒ）が用いられた。前記ダイシングソーは、ダイアモンドチップを具備した円盤状ブレードを回転運動させてウェーハを完全に切断するか、ブレード幅に相当する広幅の溝を形成する切断装置のことをいう。これに対して、前記スクライバーは、ダイアモンドチップを具備した先端の往復直線運動を利用してウェーハ上に大変幅狭く所定深さを有するスクライブライン（ｓｃｒｉｂｅ  ｌｉｎｅ）を形成する装置のことをいう。一般に、ダイシングソーを用いた方法は切断面にチッピング（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）やクラック（ｃｒａｃｋ）が発生し易く、精密な切断工程を保障し難いので、スクライバーを用いた切断方法が半導体チップを製造するための切断工程としてより積極的に利用されている。
【０００３】
しかし、前記スクライバーを用いたウェーハ切断方法もダイアモンドチップの機械的な駆動を利用する為、切断過程において汚染物が多量発生するばかりでなく、機械的力による望まぬ半導体層の剥離現象までも引き起こされかねない。こうした問題は、青色発光ダイオードを製造するための半導体ウェーハの切断工程においてより深刻な問題とされる。即ち、青色発光ダイオードの半導体層にはＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮなどのＧａＮ（窒化ガリウム）系化合物半導体物質が用いられ、こうした半導体結晶を成長させるようウェーハとしてサファイア基板が主に用いられる。サファイア基板とＧａＮ系化合物半導体層とは結晶の性質上相異して剥離現象を起こし易い。さらに、サファイア及びＧａＮ系化合物半導体層のモース硬度は約９程と大変強固な為、ダイアモンドチップを具備したスクライバーを用いてもその切断工程にかなり時間がかかり、通常切断工程にかかる時間は全製造工程時間の７０％を占める。
【０００４】
前記問題を解決するための従来の技術としては、特開平５−３１５６４６号公報に開示のＧａＮ系半導体ウェーハの切断方法がある。前記切断方法においては、強固なＧａＮ系化合物半導体ウェーハを切断するために、ダイサーとスクライバーを用いる方案を提供する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３１５６４６号公報
【０００６】
図３は前記従来の方式により、チップ単位で切断するための半導体ウェーハの断面図を表す。図３によると、ＧａＮ系化合物半導体層（１０３）の形成されたサファイアウェーハ（１０１）の上面に対して、１次的にダイサーを用い半導体層（１０３）を経てサファイアウェーハ（１０１）の上部に至るよう溝（１０４）を形成し、次いで溝（１０４）の形成されたサファイアウェーハ（１０１）部分にスクライブライン（１０５）を形成する。その結果、図３のように加工された半導体ウェーハが得られる。
【０００７】
前記方法によると、ダイサーを用いて予め溝（１０４）を形成することにより切断時間を短縮し、且つスクライバーラインを用いて半導体層（１０３）の結晶性に損傷を与えないようチップに分離することができる。
【０００８】
しかし、前記方法を適用しても、サファイア基板やＧａＮ系化合物半導体はかなり強固な為、未だ多くの工程時間がかかるばかりでなく、機械的加工方式によるので、半導体層の結晶に損傷を与える恐れがある。
【０００９】
これを解決すべく、最近は機械的加工無しで、レーザービームを照射しスクライブ工程を施す方案が検討されている。レーザービームを用いる場合には、半導体ウェーハ上に比較的容易にスクライブラインを形成することができるので、工程時間を効果的に短縮できるばかりでなく、機械的加工においてより半導体層の結晶に及ぼす影響を減少させられる。しかし、レーザービームでスクライブラインを形成する際、その結果物として多量の粉塵が発生し、図４のように後続工程においてデバイスを構成する半導体層を汚染させかねない。
【００１０】
とりわけ、先に説明したＧａＮ系化合物半導体を用いた発光ダイオードの場合に、スクライブライン形成過程において発生する半導体層の汚染は輝度特性を低下させるという問題を引き起こしかねない。こうして従来は、これを防止するための洗浄工程を必ず伴わなければならなく、結果としてレーザービームを用いた切断工程においても全工程が複雑になり、全工程の効率性の面においても問題とされてきた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来の技術の問題点を解決すべく案出されたもので、半導体ウェーハ、とりわけ高強度を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成されたサファイアウェーハをレーザービームを用いて迅速に切断し、その結果発生する粉塵と染みなどの汚染物を除去するための半導体ウェーハの切断方法を提供することに目的がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を成し遂げるために、本発明は、半導体層の形成された上面を有するウェーハを所定寸法のチップ単位で切断する方法において、前記ウェーハが所定厚さを有するよう前記ウェーハの下面をラッピングする段階と、前記ウェーハの下面にチップ大でレーザービームを照射してスクライブラインを形成する段階と、前記スクライブラインの形成された前記ウェーハ下面をポリッシングする段階と、前記ウェーハを前記スクライブラインに沿ってチップ単位で分離する段階とを含む半導体ウェーハの切断方法を提供する。本発明によるポリッシング段階は、前記スクライブライン形成段階において発生した汚染物を除去することができる。前記ポリッシング段階において除去されるウェーハ部分の厚さはスクライブラインの深さより小さくするのが好ましい。本発明による切断方法が適用されるウェーハはサファイア基板でもよく、前記ウェーハ上に形成された半導体層はＧａＮ系化合物半導体ウェーハであってもよい。このように、本発明は高硬度を有する半導体ウェーハを切断する工程において多くの利点を奏することができる。先ず、本発明のより完全な理解を促すために、通常の半導体ウェーハの切断工程を追加的に説明する。一般に、半導体ウェーハの切断工程はウェーハ厚を減少させながら、ウェーハの下面の粗度を改善するようラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）工程及びポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程を伴う。ここで、ラッピング工程はウェーハ厚を大幅に減少させるので、後続工程において形成されたスクライブラインを用いるウェーハ切断工程がより効果的に行われるよう保障する。こうしたラッピング工程は、加工物より高硬度を有する粒子を稀釈した溶液、即ちスラリーとウェーハ下面の摩擦力を利用して行うことができる。このように、ラッピング工程から得られたウェーハ表面は所望の表面粗度以上に粗い状態となる。従って、ポリッシング工程を連続的に行い、ラッピング工程から得られたウェーハ下面が所望の表面粗度となるようにさせることができる。本発明の主な特徴は、より効率的な工程のためレーザースクライビング工程を採用すると共に、スクライビング工程前に行われたラッピング工程とポリッシング工程の順序を適切に調整することによりレーザースクライビング工程において発生する汚染物を効果的に除去することにある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づき本発明をより詳しく説明する。図１（Ａ）ないし１（Ｅ）は、本発明によるレーザースクライビング工程を用いた半導体ウェーハの切断方法を説明するための工程断面図である。
【００１４】
先ず、図１（Ａ）のように、半導体層（１３）の形成されたウェーハ（１１）を用意する。本発明の切断方法に用いられる半導体層（１３）とウェーハ（１１）の種類は限定されないが、比較的強固な半導体層とウェーハにおいて従来より多くの効果が得られる。代表例としては、青色発光ダイオードの製造に用いられるＧａＮ系化合物半導体ウェーハ、即ちＧａＮ系化合物半導体層とサファイアウェーハが挙げられる。
【００１５】
次いで、図１（Ｂ）のように、図１（Ａ）に表すウェーハ（１１）の下面をラッピングして所定厚さ（ｔ１）を有するウェーハ部分を除去する。その結果、ウェーハ（１１’）はラッピング工程により厚さが減少し、より容易に半導体ウェーハを切断することができる。本段階は高硬度を有する粒子を稀釈した溶液を加工面であるウェーハ下面と摩擦させて行うことができ、この過程においてウェーハ下面の表面粗度もある程度改善することができる。
【００１６】
次に、図１（Ｃ）のように、ラッピング処理されたウェーハ（１１’）の下面にレーザービームを照射して半導体ウェーハをチップ単位で分離するためのスクライブライン（１５）を形成する。前記スクライブライン（１５）はウェーハ（１１）の下面に碁盤縞を成し、所定寸法のチップに分離するための区画を定義するようになる。また、前記スクライブライン（１５）は微細な幅且つ所定深さ（Ｄ１）を有するよう形成される為、後続工程において半導体ウェーハに一定の外力を加えることにより容易にチップ単位で分離され得る作用を働く。
【００１７】
こうしたスクライビング工程は、従来の方式においては、ダイアモンドチップを有する先端部を具備したスクライバー装置を用いてその先端部の往復運動により所望のスクライブラインを形成していたが、本発明においては、レーザービームを用いることで、サファイア基板のような高硬度を有するウェーハに対してもより容易にスクライブラインを形成することができる。
【００１８】
次いで、前記スクライバーラインの形成されたウェーハ（１１’）の下面をポリッシングする。図１（Ｄ）は下面がポリッシング処理されたウェーハ（１１”）を表す。前記ポリッシング工程においては、ウェーハ（１１”）の下面の表面粗度を向上させ、この過程において図１（Ｃ）の厚さ（ｔ２）に該当する部分が除去される。前記ポリッシング工程において除去される厚さ（ｔ２）は、図１（Ｃ）において形成されたスクライブライン（１５）の深さ（Ｄ１）よりは小さく形成することが好ましく、結果としてポリッシング加工された量だけ減少された深さ（Ｄ２）を有するスクライブライン（１５’）が残る。
【００１９】
例えば、スクライブラインの深さ（Ｄ１）を約１００μｍに形成する場合には、ポリッシング工程において除去されるウェーハ部分の厚さ（ｔ２）が約８０μｍ以下となるよう制御することが好ましい。１次的にラッピング処理され表面粗度が一定なレベルに改善されるので、ポリッシング工程において約８０μｍほど加工しても充分所望の粗度を得ることができ、スクライブラインの深さ（Ｄ２）が約２０μｍ程形成されるだけでも、後続工程において外力によりチップ単位で容易に分離され得るからである。
【００２０】
従来では、切断工程に適用されるポリッシング工程を工程条件が類似するラッピング工程に次いで連続的に行っていたが、本発明においては、ラッピング工程後にスクライブラインを形成し、スクライブラインの形成されたウェーハ下面をポリッシングする。
【００２１】
このように、ポリッシング工程をスクライビング工程後に配置することにより、図１（Ｃ）のようにレーザースクライビング工程において発生する多量の粉塵やその為にウェーハ表面に形成される望まない染みを洗浄工程無しで効果的に除去することができる。従って、本発明による半導体ウェーハの切断方法においては、スクライビングによる粉塵と染み等の汚染物を除去するための洗浄工程を省くことができる。
【００２２】
最後に、図１（Ｄ）の結果得られた半導体ウェーハに一定の外力を加え、図１（Ｅ）のようにスクライブライン（１５’）に沿って半導体ウェーハをチップ（２０）単位で分離させる。本段階において、スクライブライン（１５’）に沿ってチップ（２０）に分離する工程は、半導体ウェーハをローラーの間に通過させその駆動力によりチップ単位で分離する方式から実現することができる。
【００２３】
先に説明したように、本発明による半導体ウェーハの切断方法においては、スクライブラインを形成する過程において発生した粉塵や染み等の汚染物を除去するための洗浄工程を省くことができる。即ち、ラッピング段階とポリッシング段階を連続的に行わず、ポリッシング段階をスクライビング段階後に行うことにより、スクライビング段階において発生した汚染物をポリッシング工程において除去できるのである。
【００２４】
さらに、本発明による半導体ウェーハの切断方法は、青色発光ダイオードを製造するための切断工程において有利に採用することができる。一般に、ＧａＮ系化合物半導体層とその成長のために用いられるサファイアウェーハはモース硬度が９程と大変強固で、従来の切断方法によるとチップ表面にチッピングまたはクラックが発生したり、切断工程にかなり時間がかかった。
【００２５】
しかし、本発明のように、ラッピング工程によりウェーハの厚さを適切に減少させ、レーザービームを用いてスクライブを形成した後、ポリッシング工程を施すことにより、全工程時間を縮減させ、スクライビング工程から発生した汚染物を除去するための洗浄工程を省けるばかりでなく、良質の切断面を得ることができる。
【００２６】
図２は本発明の半導体ウェーハの切断方法が適用された半導体ウェーハの表面状態を表す写真である。図２のように、本発明の半導体ウェーハの切断方法によりスクライビング工程後、ポリッシング工程を完了した状態を表すＧａＮ系化合物半導体ウェーハである。図４の従来の方式による表面状態と比較して、染み部分無しできれいな表面となっていることがわかる。本発明の方法と異なり、スクライビング工程の適用に先立たせてラッピング及びポリッシング工程を連続的に行う場合には、図４に表すウェーハ表面状態のように多量の粉塵が発生して染みった部分ができる。こうした汚染によって、製品の品質に悪影響を与えかねない。とりわけ、発光素子とされる半導体ウェーハにおいては、最終チップの表面に染みが残留して発光輝度を低下させてしまう問題が起きることになる。
【００２７】
本発明による方法は、このようにスクライビングによる粉塵または染みなどの表面汚染を追加的な工程無しにポリッシング工程を用いて解決できるとの利点を奏する。本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求範囲により限定されるもので、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形及び変更が可能なことは、当技術分野において通常の知識を有する者にとって自明である。
【００２８】
【発明の効果】
上述のように、本発明の半導体ウェーハの切断方法によると、ラッピング工程とポリッシング工程との間にレーザースクライビング工程を配置することにより、スクライブライン形成過程において発生する粉塵または染みなどの汚染物を追加的な工程無しにポリッシング工程により除去できるばかりでなく、ウェーハの厚さを減少させるためのラッピング工程とレーザービームを用いたスクライビング工程とを結合して、硬度の高いＧａＮ系化合物半導体ウェーハも効果的に切断できる利点を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）ないし（Ｅ）は、本発明によるレーザースクライビング工程を利用した半導体ウェーハの切断方法を説明するための工程断面図である。
【図２】本発明の半導体ウェーハの切断方法が施された半導体ウェーハの表面状態を表す写真である。
【図３】従来の半導体ウェーハの切断方法によるＧａＮ系化合物半導体ウェーハの断面図である。
【図４】通常のレーザースクライビング工程が施された半導体ウェーハの表面状態を表す写真である。
【符号の説明】
１１  ウェーハ
１３  半導体層
１５  レーザースクライブライン
２０  半導体チップ
【図１】
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【図２】
2004311915.tif 000004
【図３】
2004311915.tif 000005
【図４】
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