(57)【要約】【課題】半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって複数のデバイスが形成されたウエーハを、ストリートの間隔を大きくすることなく、個々のデバイスに分割することができるウエーハの分割方法を提供する。【解決手段】半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された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て形成されているウエーハを、ストリートに沿って切削ブレードにより切断して個々のデバイスに分割するウエーハの分割方法であって、ウエーハの積層体側からストリートに沿って切削ブレードの幅より大きく該ストリートの幅より小さい外径を有する環状のスポットに形成されたレーザー光線を照射し、積層体に半導体基板に達するレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程と、半導体ウエーハの半導体基板をストリートに形成されたレーザー加工溝に沿って切削ブレードにより切断する切断工程を含む。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された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て形成されているウエーハを、該ストリートに沿って切削ブレードにより切断して個々のデバイスに分割するウエーハの分割方法であって、
該ウエーハの該積層体側から該ストリートに沿って該切削ブレードの幅より大きく該ストリートの幅より小さい外径を有する環状のスポットに形成されたレーザー光線を照射し、該積層体に該半導体基板に達するレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程と、
該半導体ウエーハの該半導体基板を該ストリートに形成された該レーザー加工溝に沿って該切削ブレードにより切断する切断工程と、を含む、
ことを特徴とする半導体ウエーハの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された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て形成されているウエーハを、ストリートに沿って切削ブレードにより切断することにより個々のデバイスに分割するウエーハの分割方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、シリコン等の半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記デバイスがストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画されており、このストリートに沿って分割することによって個々のデバイスを製造している。
【０００３】
このような半導体ウエーハのストリートに沿った分割は、通常、切削装置によって行われている。この切削装置は、被加工物である半導体ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された半導体ウエーハを切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる移動手段とを具備している。切削手段は、高速回転せしめられる回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって固定して形成されている。
【０００４】
近時においては、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスの処理能力を向上するために、シリコン等の半導体基板の表面にＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）と回路を形成する機能膜が積層された積層体によってデバイスを形成せしめた形態の半導体ウエーハが実用化されている。
【０００５】
上述したＬｏｗ−ｋ膜はウエーハの素材と異なるため、切削ブレードによって同時に切削することが困難である。即ち、Ｌｏｗ−ｋ膜は雲母のように非常に脆いことから、切削ブレードによりストリートに沿って切削すると、Ｌｏｗ−ｋ膜が剥離し、この剥離が回路にまで達しデバイスに致命的な損傷を与えるという問題がある。
【０００６】
上記問題を解消するために、半導体ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成して積層体を分断し、このレーザー加工溝に切削ブレードを位置付けて切削ブレードと半導体ウエーハを相対移動することにより、半導体ウエーハをストリートに沿って切断するウエーハの分割方法が下記特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００５−６４２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
而して、一般に用いられている集光レンズを備えた集光器によって集光されるレーザー光線のエネルギー分布は、中心部が強く外側に行くほど弱くなるガウシアン分布をしている。このようにガウシアン分布を形成するレーザー光線によって加工されたレーザー加工溝は、側壁下部において加工残りが生じる。従って、この加工残りを考慮して切削ブレードの厚みより相当量広い間隔のレーザー加工溝を形成する必要があるため、ウエーハに形成するストリートの間隔を大きくしなければならない。このため、ウエーハに占めるストリートの割合が大きくなり、生産性が悪いという問題がある。
【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、シリコン等の半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって複数のデバイスが形成されたウエーハを、ストリートの間隔を大きくすることなく、個々のデバイスに分割することができるウエーハの分割方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された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て形成されているウエーハを、該ストリートに沿って切削ブレードにより切断して個々のデバイスに分割するウエーハの分割方法であって、
該ウエーハの該積層体側から該ストリートに沿って該切削ブレードの幅より大きく該ストリートの幅より小さい外径を有する環状のスポットに形成されたレーザー光線を照射し、該積層体に該半導体基板に達するレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程と、
該半導体ウエーハの該半導体基板を該ストリートに形成された該レーザー加工溝に沿って該切削ブレードにより切断する切断工程と、を含む、
ことを特徴とする半導体ウエーハの加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるウエーハの分割方法は、レーザー加工溝形成工程においてウエーハの積層体からストリートに沿って切削ブレードの幅より大きく該ストリートの幅より小さい外径を有する環状のスポットに形成されたレーザー光線を照射し、積層体に半導体基板に達するレーザー加工溝を形成するので、レーザー加工溝の側壁が積層体の加工面(上面)に対して垂直に形成されるため、側壁下部において加工残りが生じない。従って、加工残りを考慮してレーザー加工溝の側壁間の幅を大きくする必要がないため、ウエーハに形成するストリートの幅を可及的に小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明によるウエーハのレーザー加工方法について添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１２】
図１には、本発明によるウエーハのレーザー加工方法によって加工されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図が示されており、図２には図１に示す半導体ウエーハの要部拡大断面図が示されている。図１および図２に示す半導体ウエーハ２は、シリコン等の半導体基板２０の表面に絶縁膜と回路を形成する機能膜が積層された積層体２１によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２２がマトリックス状に形成されている。そして、各デバイス２２は、格子状に形成されたストリート２３によって区画されている。なお、図示の実施形態においては、積層体２１を形成する絶縁膜は、ＳｉＯ２  膜または、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）からなっている。
【００１３】
上述した半導体ウエーハ２をストリート２３に沿って分割するには、半導体ウエーハ２を図３に示すように環状のフレーム３に装着されたダイシングテープ３０に貼着する。このとき、半導体ウエーハ２は、表面２ａを上にして裏面側をダイシングテープ３０に貼着する。
【００１４】
次に、導体ウエーハ２の積層体２１側からストリート２３に沿って後述する切削ブレードの幅より大きい外径を有する環状のスポットに形成されたレーザー光線を照射し、積層体２１に半導体基板２０に達するレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程を実施する。このレーザー加工溝形成工程は、図４および図５に示すレーザー加工装置４を用いて実施する。図４および図５に示すレーザー加工装置４は、被加工物を保持するチャックテーブル４１と、該チャックテーブル４１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２を具備している。チャックテーブル４１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない移動機構によって図４において矢印Ｘで示す加工送り方向および矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
【００１５】
上記レーザー光線照射手段４２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング４２１を含んでいる。ケーシング４２１内には図５に示すようにパルスレーザー光線発振手段４３と出力調整手段４４と環状スポット形成手段４５が配設されている。パルスレーザー光線発振手段４３は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器４３１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段４３２とから構成されている。このように構成されたパルスレーザー光線発振手段４３は、断面形状が円形で例えば直径(D)が２mmのパルスレーザー光線LBaを出力する。上記出力調整手段４４は、パルスレーザー光線発振手段４３から発振されたパルスレーザー光線の出力を所望の出力に調整する。これらパルスレーザー光線発振手段４３および出力調整手段４４は、図示しない制御手段によって制御される。
【００１６】
上記環状スポット形成手段４５は、図示の実施形態においては一対の第１の円錐レンズ４５１と第２の円錐レンズ４５２とによって構成されている。この環状スポット形成手段４５は、パルスレーザー光線発振手段４３から発振され出力調整手段４４によって所定の出力に調整された断面形状が円形のパルスレーザー光線LBaを断面形状が環状のパルスレーザー光線LBbにする。即ち、環状スポット形成手段４５は、直径が２mmのパルスレーザー光線LBaを例えば外径(D1)が１０mm、内径(D2)が８mmの環状のパルスレーザー光線LBbに拡張するとともに、平行な光線に形成する。
【００１７】
上記ケーシング４２１の先端部には、集光器４６が装着されている。集光器４６は、方向変換ミラー４６１と、対物集光レンズ４６２を備えている。方向変換ミラー４６１は、上記環状スポット形成手段４５によって断面形状が環状に形成されたパルスレーザー光線LBbを対物集光レンズ４６２に向けて方向変換する。対物集光レンズ４６２は、方向変換ミラー４６１によって方向変換されたパルスレーザー光線LBbを集光し、上記チャックテーブル４１に保持される被加工物にスポットSで照射する。このスポットSの断面形状は、誇張して示しているように外径が(d1)で内径が(d2)の環状に形成されている。ここで、外径が(d1)で内径が(d2)の環状の断面形状スポットSに形成されたパルスレーザー光線LBbのエネルギー分布について、図６を参照して説明する。図６に示すように、断面が環状のスポットSに形成されたパルスレーザー光線LBbのエネルギー分布は、外周部が最も強く内周部に行くほど弱くなる。従って、パルスレーザー光線LBbによって加工すると、環状のスポットSの外周部において最も加工される。そして、環状のスポットSの外径(d1)と内径(d2)との関係は、０．５≧(d1−d2)／d1であることが望ましい。また、環状のスポットSの外径(d1)は、後述する切削ブレードの厚みより大きく導体ウエーハ２に形成されたストリート２３の幅より小さい寸法に設定されるが、１００μm≧d1≧３０μmであることが望ましい。
【００１８】
図示のレーザー加工装置４は、図４に示すように上記レーザー光線照射手段４２を構成するケーシング４２１の先端部に装着された撮像手段４７を備えている。この撮像手段４７は、チャックテーブル４１上に保持された被加工物を撮像する。撮像手段４７は、光学系および撮像素子（ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
【００１９】
上述したレーザー加工装置４を用いて実施するレーザー加工溝形成工程について、図４、図７および図８を参照して説明する。
このレーザー加工溝形成工程は、先ず上述した図４に示すレーザー加工装置４のチャックテーブル４１上に半導体ウエーハ２を載置し、該チャックテーブル４１上に半導体ウエーハ２を吸着保持する。このとき、半導体ウエーハ２は、ダイシングテープ３０側をチャックテーブル４１上に載置する。従って、半導体ウエーハ２は、表面２aを上側にして保持される。なお、図４においては、ダイシングテープ３０が装着された環状のフレーム３を省いて示しているが、環状のフレーム３はチャックテーブル４１に配設された図示しないクランプによって固定される。
【００２０】
上述したように半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル４１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段４７の直下に移動される。チャックテーブル４１が撮像手段４７の直下に位置付けられると、撮像手段４７および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段４７および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ２の所定方向に形成されているストリート２３と、ストリート２３に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２の集光器４６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を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ２に形成されている上記所定方向に対して直角に延びるストリート２３に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。
【００２１】
以上のようにしてチャックテーブル４１上に保持された半導体ウエーハ２に形成されているストリート２３を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図７で示すようにチャックテーブル４１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２の集光器４２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート２３を集光器４６の直下に位置付ける。このとき、図７の（ａ）で示すように半導体ウエーハ２は、ストリート２３の一端(図７の（ａ）において左端)が集光器４６の直下に位置するように位置付けられる。次に、レーザー光線照射手段４２の集光器４６から積層体２１に対して吸収性を有するパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル４１を図７の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図７の（ｂ）で示すようにストリート２３の他端（図７において右端）が集光器４６の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル４１の移動を停止する。このレーザー加工溝形成工程においては、パルスレーザー光線の集光点Ｐをストリート２３の表面付近に合わせる。
【００２２】
この結果、半導体ウエーハ１０の積層体２１には、上述した環状の断面形状スポットSに形成されたパルスレーザー光線LBbによって、図８に示すように半導体基板２０に達するレーザー加工溝２１１が形成される。このようにレーザー加工溝２１１を形成する環状の断面形状スポットSを有するパルスレーザー光線LBbは、図６に示すよう外周部が最も強くなるエネルギー分布をしているので、レーザー加工溝２１１は側壁が積層体２１の加工面(上面)に対して垂直に形成される。このようにしてストリート２３に形成されるレーザー加工溝２１１の両側壁間の幅(E)は、パルスレーザー光線LBbの環状のスポットSの外径(d1)が上述したように後述する切削ブレードの厚みより大きく半導体ウエーハ１０に形成されたストリート２３の幅より小さい寸法に設定されているので、後述する切削ブレードの厚みより大きく形成される。なお、ストリート２３に沿って形成されるレーザー加工溝２１１は、側壁が積層体２１の加工面(上面)に対して垂直に形成されるので、側壁下部において加工残りが生じないため、加工残りを考慮してレーザー加工溝２１１の側壁間の幅(E)を大きくする必要がない。従って、半導体ウエーハ１０に形成するストリート２３の幅を可及的に小さくすることができる。このようにして、上述したレーザー光線照射工程を半導体ウエーハ２に形成された全てのストリート２３に実施する。
【００２３】
上記レーザー加工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。
レーザー光線の光源      ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長                    ：３５５ｎｍ
出力                    ：４〜１０Ｗ
繰り返し周波数          ：１０〜１００ｋＨｚ
スポット径（外径）      ：３０〜１００μm
加工送り速度            ：５０〜２００ｍｍ／秒
【００２４】
なお、上記レーザー加工溝形成工程におけるパルスレーザー光線LBbの環状のスポットSの１パルス当たりのエネルギー密度は、５．７J／cm2以上であることが望ましい。また、上記レーザー光線照射工程において形成されるレーザー加工溝２１１の両側壁を平面状に形成するには加工送り速度を遅くすればよいが、生産性を面で問題となる。従って、パルスレーザー光線の繰り返し周波数をH(Hz)とし、加工送り速度をX(μm／秒)とし、環状のスポットSの外径をd1(μm)とした場合、X／H≦０．１d1を満足するように加工送り速度およびパルスレーザー光線の繰り返し周波数を設定することが望ましい。
【００２５】
上述したように半導体ウエーハ２に形成された全てのストリート２３に上述したレーザー加工溝形成工程を実施したならば、半導体ウエーハ２の半導体基板２０をストリート２３に形成されたレーザー加工溝２１１に沿って切削ブレードにより切断する切断工程を実施する。この切断工程は、図９に示す切削装置を用いて実施する。図９に示す切削装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１上に保持された被加工物を切削する切削ブレード５２１を備えた切削手段５２と、チャックテーブル５１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段５３を具備している。チャックテーブル５１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない移動機構によって図９において矢印Ｘで示す加工送り方向および矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。切削ブレード５２１は円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着されており例えば２０〜４０μｍの厚みに形成されている。上記撮像手段５３は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
【００２６】
このように構成された切削装置５を用いて上記切断工程を実施するには、チャックテーブル５１上に半導体ウエーハ２を載置し、該チャックテーブル５１上に半導体ウエーハ２を吸着保持する。このとき、半導体ウエーハ２は、ダイシングテープ３０側をチャックテーブル５１上に載置する。従って、半導体ウエーハ２は、表面２aを上側にして保持される。なお、図９においては、ダイシングテープ３０が装着された環状のフレーム３を省いて示しているが、環状のフレーム３はチャックテーブル５１に配設された図示しないクランプによって固定される。
【００２７】
上述したように半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル５１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段５３の直下に移動される。チャックテーブル５１が撮像手段５３の直下に位置付けられると、撮像手段５３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ２の切削すべき切削領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段５３および図示しない制御手段は、上記レーザー光線照射工程によって半導体ウエーハ２のストリート２３に沿って形成されたレーザー加工溝２１１と切削ブレード５２１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を実行し、切削領域のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ２に形成されている上記所定方向に対して直角に延びるストリート２３に対しても、同様に切削領域のアライメントが遂行される。
【００２８】
以上のようにしてチャックテーブル５１上に保持されている半導体ウエーハ２のストリート２３に沿って形成されたレーザー加工溝２１１を検出し、切削領域のアライメントが行われたならば、半導体ウエーハ２を保持したチャックテーブル５１を切削領域の切削開始位置に移動する。このとき、図１０の(a)に示すように半導体ウエーハ２は切削すべきストリート２３（レーザー加工溝２１１が形成されている）の一端（図１０の(a)において左端）が切削ブレード５２１の直下より所定量右側に位置するように位置付けられる。そして、切削ブレード５２１を図１０の(a)において矢印５２１aで示す方向に所定の回転速度で回転し、２点鎖線で示す待機位置から図示しない切り込み送り機構によって図１０の(a)において実線で示すように下方に所定量切り込み送りする。この切り込み送り位置は、図１０の(a)および図１０の(ｂ)に示すように切削ブレード５２１の外周縁がダイシングテープ３０に達する位置に設定されている。
【００２９】
上述したように切削ブレード５２１の切り込み送りを実施したならば、切削ブレード５２１を図１０の(a)において矢印５２１aで示す方向に所定の回転速度で回転しつつ、チャックテーブル５１を図１０の(a)において矢印Ｘ１で示す方向に所定の切削送り速度で移動せしめる。そして、チャックテーブル４１に保持された半導体ウエーハ２の右端が切削ブレード５２１の直下を通過したらチャックテーブル５１の移動を停止する。
【００３０】
なお、上記切断工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
切削ブレード            ：外径５２ｍｍ、厚さ４０μｍ
切削ブレードの回転速度  ：３００００ｒｐｍ
切削送り速度            ：５０ｍｍ／秒
【００３１】
上述した切断工程を半導体ウエーハ２に形成された全てのストリート２３に形成されたレーザー加工溝２１１に沿って実施する。この結果、図１１に示すように半導体ウエーハ２の半導体基板２０はストリート２３に形成されたレーザー加工溝２１１に沿って切削溝２１２が形成されて切断され、個々のデバイス２２に分割される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるウエーハの分割方法によって分割される半導体ウエーハを示す斜視図。
【図２】図１に示す半導体ウエーハの断面拡大図。
【図３】図１に示す半導体ウエーハが環状のフレームにダイシングテープを介して支持された状態を示す斜視図。
【図４】本発明によるウエーハの分割方法におけるレーザー加工溝形成工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。
【図５】図４に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。
【図６】図５に示すレーザー光線照射手段によって照射される断面形状が環状のスポットに形成されたレーザー光線のエネルギー分布を示す説明図。
【図７】本発明によるウエーハの分割方法におけるレーザー加工溝形成工程を示す説明図。
【図８】図７に示すレーザー加工溝形成工程によって半導体ウエーハのストリートに形成されたレーザー加工溝を示す半導体ウエーハの要部拡大断面図。
【図９】本発明によるウエーハの分割方法における切断工程を実施するための切削装置の要部斜視図。
【図１０】本発明によるウエーハの分割方法における切断工程を示す説明図。
【図１１】図１０に示す切断工程によって半導体基板が切断された半導体ウエーハの要部拡大断面図。
【符号の説明】
【００３３】
２：半導体ウエーハ
２０：半導体基板
２１：積層体
２１１：レーザー加工溝
２２：デバイス
２３：ストリート
３：環状のフレーム
３０：保護テープ
４：レーザー加工装置
４１：レーザー加工装置のチャックテーブル
４２：レーザー光線照射手段
４３：パルスレーザー光線発振手段
４４：出力調整手段
４５：環状スポット形成手段
４６：集光器
５：切削装置
５１：切削装置のチャックテーブル
５２：切削ブレード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2009021476.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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