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JP2014007288A - 加工方法および加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】加工する領域を容易にコントロールすることができる加工方法および加工装置を提供する。
【解決手段】被加工物にエッチング加工を施す加工方法であって、保持テーブルの保持面に保持された被加工物を収容するエッチングチャンバー内にエッチングガスを供給しつつ、保持テーブルの保持面と反対側から保持テーブルおよび被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を被加工物における加工領域の内部に集光点を位置付けて照射することにより加工領域を励起してエッチングを誘発する。
【選択図】図６

Description

本発明は、被加工物にエッチング加工を施す加工方法および加工装置に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ライン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等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。また、サファイア基板や炭化珪素基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
上述したウエーハのストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと呼ばれる切削装置によって行われている。この切削装置は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物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被加工物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切削送り手段とを具備している。切削手段は、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および回転スピンドルを回転駆動する駆動機構を備えたスピンドルユニットを含んでいる。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基台に固定し厚さ３０μｍ程度に形成されている。このような切削ブレードによってウエーハをストリートに沿って切断し個々のデバイスに分割すると、デバイスの表面および裏面に欠けが生じてデバイスの抗折強度を低下させるという問題がある。
また、ウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
しかるに、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線をウエーハのストリートに沿って照射すると、照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリが発生し、このデブリがデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという新たな問題が生じる。
また、ウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線をストリートに沿って照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを個々のデバイスに分割するものである。（例えば、特許文献２参照。）
しかるに、上記特許文献２に記載された分割方法によって分割された個々のデバイスの側面には改質層が残存するため、デバイスの抗折強度が低下してデバイスの品質を低下させるという問題がある。
このような問題を解消するために、レーザー光線が照射される被加工部に被加工物の溶融物質を蒸発させるための溶液を供給することにより、レーザー光線が照射されることによって飛散した溶融物質を蒸発させる技術が提案されている。（例えば、特許文献３参照。）
特開平１０−３０５４２０号公報 特許第３４０８８０５号公報 特開２００４−２４７４２６号公報
而して、上記特許文献３に開示された技術においては、飛散した溶融物質を蒸発させるための溶液を供給する領域をコントロールすることが困難であり、デバイスの品質を低下させるという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、加工する領域を容易にコントロールすることができる加工方法および加工装置を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物にエッチング加工を施す加工方法であって、
保持テーブルの保持面に保持された被加工物を収容するエッチングチャンバー内にエッチングガスを供給しつつ、該保持テーブルの保持面と反対側から保持テーブルおよび被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を被加工物における加工領域の内部に集光点を位置付けて照射することにより加工領域を励起してエッチングを誘発する、
ことを特徴とする加工方法が提供される。
上記加工領域は溝加工領域であり、レーザー光線を被加工物における該溝加工領域の内部に集光点を位置付けて該溝加工領域に沿って照射せしめる。
被加工物はシリコン基板であり、エッチングガスは塩素ガスまたは３フッ化塩素ガスを含んでいる。
また、本発明によれば、被加工物にエッチング加工を施す加工装置であって、
被加工物を保持する保持面を有する保持テーブルと、
該保持テーブルの保持面に保持された被加工物を収容するエッチングチャンバーと、
該エッチングチャンバーにエッチングがスを供給するエッチングガス供給手段と、
該保持テーブルの保持面と反対側に配設され該保持テーブルの保持面に保持された被加工物に向けてレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、
該保持テーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向に加工送りする加工送り手段と、を具備し、
該エッチングガス供給手段を作動して該エッチングチャンバー内にエッチングガスを供給しつつ、該レーザー光線照射手段を作動して該保持テーブルおよび被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を被加工物における加工領域の内部に集光点を位置付けて照射することにより加工領域を励起してエッチングを誘発する、
ことを特徴とする加工装置が提供される。
本発明においては、保持テーブルの保持面に保持された被加工物を収容するエッチングチャンバー内にエッチングガスを供給しつつ、保持テーブルの保持面と反対側から保持テーブルおよび被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を被加工物における加工領域の内部に集光点を位置付けて照射することにより加工領域を励起してエッチングを誘発するので、エッチング加工された溝等には欠けや改質層が発生することはない。また、エッチングすべき領域はレーザー光線によって励起されるので、加工する領域を容易にコントロールすることができる。
本発明に従って構成された加工装置の斜視図。 図１に示す加工装置の断面図。 図１および図２に示す加工装置の要部を分解して示す斜視図。 本発明による加工方法によって加工される半導体ウエーハの斜視図。 図４の示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着するウエーハ支持工程の説明図。 本発明による加工方法における加工工程を示す説明図。
以下、本発明による加工方法および加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には本発明に従って構成された加工装置の斜視図が示されており、図２には図１に示す加工装置の断面図が示されており、図３には図１および図２に示す加工装置の要部を分解して示す斜視図が示されている。図示の実施形態における加工装置は、基台２と、該基台２上に矢印Xで示す加工送り方向に移動可能に配設された第１のテーブル３と、該第１のテーブル３上に矢印Xと直交する矢印Yで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された第２のテーブル４を具備している。基台２は矩形状に形成され、その両側部上面には矢印Xで示す加工送り方向に２本の案内レール２１、２２が互いに平行に配設されている。なお、２本の案内レールのうち一方の案内レール２１には、その上面に断面がＶ字状の案内溝２１１が形成されている。
上記第１のテーブル３は、図３に示すように中央部に矩形状の開口３１を備えた窓枠状に形成されている。この第１のテーブル３の一方の側部下面には、上記基台２に設けられた一方の案内レール２１に形成されている案内溝２１１に摺動可能に嵌合する被案内レール３２が設けられている。また第１のテーブル３の両側部上面には上記被案内レール３２と直交する方向に２本の案内レール３３、３４が互いに平行に配設されている。なお、２本の案内レールのうち一方の案内レール３３には、その上面に断面がＶ字状の案内溝３３１が形成されている。このように構成された第１のテーブル３は、図１に示すように被案内レール３２を基台２に設けられた一方の案内レール２１に形成された案内溝２１１に嵌合するとともに、他方の側部下面を基台２に設けられた他方の案内レール２２上に載置される。図示の実施形態における加工装置は、第１のテーブル３を基台２に設けられた案内レール２１、２２に沿って矢印Xで示す加工送り方向に移動する加工送り手段３５を具備している。この加工送り手段３５は、図３に示すように基台２に設けられた他方の案内レール２２に平行に配設された雄ネジロッド３５１と、基台２に配設され雄ネジロッド３５１の一端部を回転可能に支持する軸受３５２と、雄ネジロッド３５１の他端に連結され雄ネジロッド３５１を回転駆動するためのパルスモータ３５３と、図２に示すように上記第１のテーブル３の下面に設けられ雄ネジロッド３５１に螺合する雌ネジブロック３５４とからなっている。このように構成された加工送り手段３５は、パルスモータ３５３を駆動して雄ネジロッド３５１を回動することにより、第１のテーブル３を図１において矢印Xで示す加工送り方向に移動せしめる。
上記第２のテーブル４は、図３に示すように矩形状に形成され、中央部に円形の穴４１を備えているとともに、該円形の穴４１を囲繞する上面に環状の嵌合溝４２が設けられている。この第２のテーブル４の一方の側部下面には、上記第１のテーブル３に設けられた一方の案内レール３３に形成されている案内溝３３１に摺動可能に嵌合する被案内レール４３が設けられている。このように構成された第２のテーブル４は、図１に示すように被案内レール４３を第１のテーブル３に設けられた一方の案内レール３３に形成されている案内溝３３１に嵌合するとともに、他方の側部下面を第１のテーブル３に設けられた他方の案内レール３４上に載置される。図示の実施形態における加工装置は、第２のテーブル４を第１のテーブル３に設けられた案内レール３３、３４に沿って矢印Yで示す割り出し送り方向に移動する割り出し送り手段４５を具備している。この割り出し送り手段４５は、図３に示すように第１のテーブル３に設けられた他方の案内レール３４に平行に配設された雄ネジロッド４５１と、第１のテーブル３に配設され雄ネジロッド４５１の一端部を回転可能に支持する軸受４５２と、雄ネジロッド４５１の他端に連結され雄ネジロッド４５１を回転駆動するためのパルスモータ４５３と、図２に示すように上記第２のテーブル４の下面に設けられ雄ネジロッド４５１に螺合する雌ネジブロック４５４とからなっている。このように構成された割り出し送り手段４５は、パルスモータ４５３を駆動して雄ネジロッド４５１を回動することにより、第２のテーブル４を図１において矢印Yで示す割り出し送り方向に移動せしめる。
図示の実施形態における加工装置は、上記第２のテーブル４上に配設され被加工物を保持する保持テーブル５を備えている。保持テーブル５は、円環状の支持部５１と、該支持部５１の上端を覆う保持部５２とからなっており、支持部５１の下端部が上記第２のテーブル４の上面に設けられた環状の嵌合溝４２に回動可能に嵌合するようになっている。この保持テーブル５を構成する保持部５２は、図示の実施形態においては被加工物を保持する中央領域がガラス板５２１によって形成されており、該ガラス板５２１の上面は被加工物を保持する保持面として機能する。このように構成された保持部５２におけるガラス板５２１を囲繞する上面には、図３に示すように後述する環状のフレームを固定するためのクランプ５３が配設されている。
図１を参照して説明を続けると、図示の実施形態における加工装置は、上記保持テーブル５を回動せしめるための回動手段５５を具備している。この回動手段５５は、上記第２のテーブル４に配設されたパルスモータ５５１と、該パルスモータ５５１の回転軸に装着されたプーリ５５２と、該プーリ５５２と保持テーブル５の円環状の支持部５１とに捲回された無端ベルト５５３とからなっている。このように構成された回動手段５５は、パルスモータ５５１を駆動することにより、プーリ５５２および無端ベルト５５３を介して保持テーブル５を上記第２のテーブル４の上面に設けられた環状の嵌合溝４２に沿って回動せしめる。
図示の実施形態における加工装置は、上記保持テーブル５を構成する保持部５２の外周部に着脱可能に配設され、保持テーブル５の保持面に保持された被加工物を収容するエッチングチャンバー６を具備している。このエッチングチャンバー６は、環状の側壁６１と、該環状の側壁６１の上端を覆う天壁６２とからなっており、天壁６２にエッチングガス導入口６２１およびエッチングガス排出口６２２が設けられている。また、エッチングチャンバー６を構成する天壁６２の中央部は、透明なガラス板６２３によって形成されている。このように構成されたエッチングチャンバー６の環状の側壁６１の下端面を適宜のシール手段を介して保持テーブル５を構成する保持部５２の外周部に着脱可能に装着することにより、図２に示すように密閉チャンバー６０が形成される。
図１を参照して説明を続けると、図示の実施形態における加工装置は、上記エッチングチャンバー６にエッチングガスを供給するためのエッチングガス供給手段７を具備している。エッチングガス供給手段７は、エッチングガス収容タンク７１と、該エッチングガス収容タンク７１に収容されたエッチングガスを送給する送給ポンプ７２と、該送給ポンプ７２と上記エッチングチャンバー６のエッチングガス導入口６２１とを接続する配管７３に配設された電磁開閉弁７４と、上記エッチングチャンバー６のエッチングガス排出口６２２に接続された配管７５に配設された電磁開閉弁７６および無毒フィルター７７とからなっている。なお、上述したエッチングガス供給手段７のエッチングガス収容タンク７１には、図示の実施形態においてはシリコンのエッチングに適する塩素Cl2ガスまたは３フッ化塩素ClF3ガスが収容されている。
図２および図３を参照して説明を続けると、上記基台２の中央部には、上記保持テーブル５の保持面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８が配設されている。レーザー光線照射手段８は、保持テーブル５のガラス板５２１を透過するとともに被加工物である後述する半導体ウエーハを透過する波長のレーザー光線を照射するレーザー光線発振手段８１と、該レーザー光線発振手段８１から発振されたレーザー光線を集光して保持テーブル５の保持面に保持された被加工物に照射する集光器８２を具備している。
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態における加工装置は、図１に示すように上記エッチングチャンバー６の中央部上方に配設されるアライメント手段９を備えている。このアライメント手段９は、上記レーザー光線照射手段８を構成する集光器８２の直上に配設されている。アライメント手段９は、顕微鏡やCCDカメラ等の光学手段で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
図示の実施形態における加工装置は以上のようこ構成されており、以下その作用について説明する。
図４には、被加工物としての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図４に示す半導体ウエーハ１０は、シリコン基板の表面１０aに格子状に配列されたストリート１０１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１０２が形成されている。このように構成された半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿って分割溝を形成する方法について説明する。
上述した半導体ウエーハ１０にストリート１０１に沿って分割溝を形成するには、半導体ウエーハ１０を図５の(ａ)および(ｂ)に示すように環状のフレームFに装着された保護テープTの表面に貼着する。このとき、半導体ウエーハ１０は、表面１０ａを上にして裏面１０b側を保護テープTに貼着する。このように半導体ウエーハ１０は、保護テープTを介して環状のフレームFに支持される（ウエーハ支持工程）。なお、保護テープTは、図示の実施形態においては厚さが１００μｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなるシート状基材の表面にアクリル樹脂系の糊が厚さ５μｍ程度塗布されている。
上述したウエーハ支持工程を実施したならば、上記エッチングチャンバー６を取り外し、保持テーブル５上に保護テープTを介して環状のフレームFに支持された半導体ウエーハ１０を載置する。このとき、半導体ウエーハ１０を保持テーブル５の保持部５２を構成するガラス板５２１上に位置付ける。そして、半導体ウエーハ１０を保護テープTを介して支持している環状のフレームFは、クランプ５３によって固定される。このようにして、保持テーブル５上に保護テープTを介して保持された半導体ウエーハ１０は、表面１０aが上側となる(ウエーハ保持工程)。
上述したようにウエーハ保持工程を実施したならば、エッチングチャンバー６を保持テーブル５上の所定の位置に装着する。このようにエッチングチャンバー６を保持テーブル５上の所定の位置に装着することにより、図２に示すように密閉チャンバー６０が形成される(チャンバー密閉工程)。
次に、アライメント手段９を作動し、エッチングチャンバー６の天壁６２に設けられたガラス板６２３を通して保持テーブル５上に保持された半導体ウエーハ１０の分割溝を形成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、アライメント手段９および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１０１と、ストリート１０１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８の集光器８２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。このとき、ストリート１０１が矢印Xで示す加工送り方向と平行でない場合には、上記回動手段５５を作動して保持テーブル５を回動し、ストリート１０１が矢印Xで示す加工送り方向と平行になるように調整する。また、半導体ウエーハ１０に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びるストリート１０１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(アライメント工程)。
上述したようにアライメント工程を実施したならば、加工送り手段３５および割り出し送り手段４５を作動して図６の（ａ）で示すように保持テーブル５をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段８の集光器８２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、半導体ウエーハ１０の所定のストリート１０１の一端（図６の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段８の集光器８２の直上に位置付ける。そして、集光器８２から照射されるレーザー光線の集光点Pを半導体ウエーハ１０の表面１０a(上面)より僅かに下方の位置に位置付ける（レーザー光線照射手段位置付け工程）。次に、エッチングガス供給手段７の送給ポンプ７２を作動し電磁開閉弁７４を開路してエッチングガス収容タンク７１内に収容されている塩素Cl2ガスまたは３フッ化塩素ClF3ガス等のエッチングガスを密閉チャンバー６０に導入するとともに、電磁開閉弁７６を開路して密閉チャンバー６０内の空気を含むガスを無毒フィルター７７を通して排出する（エッチングガス供給工程）。このようにして、密閉チャンバー６０内に塩素Cl2ガスまたは３フッ化塩素ClF3ガス等のエッチングガスを供給している状態で、レーザー光線照射手段８を作動し、上記保持テーブル５の保持部５２を構成するガラス板５２１および保護テープTと半導体ウエーハ１０を構成するシリコン基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線LBを照射しつつ加工送り手段３５を作動して保持テーブル５を図６の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる。そして、図６の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段８の集光器８２の照射位置がストリート１０１の他端の位置に達したら、レーザー光線の照射を停止するとともに保持テーブル５の移動を停止する。このように、集光器８２から照射されるレーザー光線LBの集光点Pを半導体ウエーハ１０の表面１０a(上面)より僅かに下方の位置に位置付けて照射することにより、ストリート１０１のエッチングすべき領域が励起され、エッチングガスによるエッチングを誘発する。この結果、図６の(c)に示すようにエッチングガスが塩素Cl2ガスの場合にはストリート１０１のエッチングすべき領域がSiCl4としてエッチングされ、分割溝１００が形成される（加工工程）。このようにしてエッチングによって形成された分割溝１００には、欠けや改質層が発生することはない。また、エッチングすべき領域はレーザー光線によって励起されるので、溝を形成する領域を容易にコントロールすることができる。
上記加工工程におけるレーザー光線の照射条件は、例えば次のように設定されている。
〈照射条件：１〉
波長 ：１０６４ｎｍ(連続波)
平均出力 ：１０Ｗ
集光スポット径 ：φ１μｍ

〈照射条件：２〉
波長 ：１０６４ｎｍ（パルス波）
繰り返し周波数 ：１０ｋＨｚ
平均出力 ：１Ｗ
パルス幅 ：１０ns
集光スポット径 ：φ１μｍ
上述したように所定のストリート１０１に沿って上記加工工程を実施したら、割り出し送り手段４５を作動して保持テーブル５を矢印Yで示す割り出し送り方向に半導体ウエーハ１０に形成されたストリート１０１の間隔だけ割り出し送りし、上記加工工程を遂行する。このようにして所定方向に形成された全てのストリート１０１に沿って上記加工工程を実施したならば、回動手段５５を作動して保持テーブル５を９０度回動せしめて、上記所定方向に形成されたストリート１０１に対して直交する方向に延びるストリート１０１に沿って上記加工工程を実行する。
以上のようにして、ストリート１０１に沿って分割溝１００が形成された半導体ウエーハ１０は、分割溝１００が形成されたストリート１０１に沿って個々のデバイス１０２に分割する分割工程に搬送される。
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。上述した実施形態においては半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿って分割溝１００を形成する例を示したが、本発明は溝加工に限らず孔加工など他のエッチング加工に広く適当することができる。
２：基台
３：第１のテーブル
３５：加工送り手段
４：第２のテーブル
４５：割り出し送り手段
５：保持テーブル
５５：回動手段
６：エッチングチャンバー
７：エッチングガス供給手段
８：レーザー光線照射手段
８２：集光器
９：アライメント手段
１０：半導体ウエーハ
Ｆ：環状のフレーム
Ｔ：保護テープ

Claims (4)

  1. 被加工物にエッチング加工を施す加工方法であって、
    保持テーブルの保持面に保持された被加工物を収容するエッチングチャンバー内にエッチングガスを供給しつつ、該保持テーブルの保持面と反対側から保持テーブルおよび被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を被加工物における加工領域の内部に集光点を位置付けて照射することにより加工領域を励起してエッチングを誘発する、
    ことを特徴とする加工方法。
  2. 該加工領域は溝加工領域であり、レーザー光線を被加工物における該溝加工領域の内部に集光点を位置付けて該溝加工領域に沿って照射せしめる、請求項１記載の加工方法。
  3. 被加工物はシリコン基板であり、エッチングガスは塩素ガスまたは３フッ化塩素ガスを含んでいる、請求項１又は２記載の加工方法。
  4. 被加工物にエッチング加工を施す加工装置であって、
    被加工物を保持する保持面を有する保持テーブルと、
    該保持テーブルの保持面に保持された被加工物を収容するエッチングチャンバーと、
    該エッチングチャンバーにエッチングがスを供給するエッチングガス供給手段と、
    該保持テーブルの保持面と反対側に配設され該保持テーブルの保持面に保持された被加工物に向けてレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、
    該保持テーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向に加工送りする加工送り手段と、を具備し、
    該エッチングガス供給手段を作動して該エッチングチャンバー内にエッチングガスを供給しつつ、該レーザー光線照射手段を作動して該保持テーブルおよび被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を被加工物における加工領域の内部に集光点を位置付けて照射することにより加工領域を励起してエッチングを誘発する、
    ことを特徴とする加工装置。
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