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JP4977432B2 - ヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法 - Google Patents

ヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法 Download PDF

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Description

本発明は、ヒ化ガリウム(GaAs)ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射し、ヒ化ガリウム(GaAs)ウエーハを分割予定ラインに沿って切断するヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法に関する。
当業者には周知の如く、半導体デバイスの製造工程においては、シリコン基板の表面に複数の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切断することによって個々の半導体チップを製造している。また、ハイブリッドICや高速IC等の高機能デバイスをヒ化ガリウム(GaAs)基板の表面に形成したヒ化ガリウム(GaAs)ウエーハが実用化されている。
このようなシリコンウエーハからなる半導体ウエーハやヒ化ガリウム(GaAs)ウエーハをストリートに沿って切断する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりアブレーション加工を施しレーザー加工溝を形成する技術が提案されている。(例えば、特許文献1参照。)
特開平10−305420号公報
しかしながら、ウエーハのストリートに沿ってレーザー光線を照射してアブレーション加工すると、レーザー光線が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チップの品質を低下させるという新たな問題が生じる。
このようなデブリによる問題を解消するために、ウエーハの加工面にポリビニルアルコール等の液状樹脂からなるデブリ遮蔽膜を被覆し、デブリ遮蔽膜を通してウエーハにレーザー光線を照射するようにしたレーザー加工方法が提案されている。(例えば、特許文献2参照。)
特開2004−188475号公報
而して、ヒ化ガリウム(GaAs)ウエーハを上述したレーザー加工方法によって切断すると、分割された個々のチップの抗折強度が低下するという問題がある。
本発明者の実験によると、シリコンウエーハを上述したレーザー加工方法によって切断した場合には、分割されたチップの切断面にデブリが付着していると抗折強度が低下する。しかるに、ヒ化ガリウム(GaAs)ウエーハを上述したレーザー加工方法によって切断すると、分割されたチップの切断面にデブリが付着していない場合よりデブリが付着していた方が抗折強度が増大することが判った。
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、ヒ化ガリウム(GaAs)ウエーハのストリートに沿ってレーザー光線を照射しアブレーション加工することによりヒ化ガリウム(GaAs)ウエーハをストリートに沿って切断する際に、レーザー光線を照射することによって発生するデブリを切断面に付着させることができるヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ヒ化ガリウム基板の表面に格子状に形成されたストリートによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたヒ化ガリウムウエーハのストリートに沿ってレーザー光線を照射し、ヒ化ガリウムウエーハをストリートに沿って切断するヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法であって、
ヒ化ガリウム基板の裏面を保護部材に貼着するウエーハ支持工程と、
保護部材に貼着されたヒ化ガリウム基板の表面にデブリ遮蔽膜を被覆するデブリ遮蔽膜被覆工程と、
表面に該デブリ遮蔽膜が被覆されたヒ化ガリウム基板に該デブリ遮蔽膜側からストリートに沿ってヒ化ガリウム基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、ストリートに沿って裏面に達しないレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程と、
該レーザー加工溝が形成されたヒ化ガリウム基板に該レーザー加工溝に沿ってヒ化ガリウム基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、該レーザー加工溝に沿って裏面に達する切断溝を形成する切断工程と、を含み、
該レーザー加工溝形成工程はヒ化ガリウム基板の厚さに対して2分の1以上の深さのレーザー加工溝を形成し、該切断工程は1回のレーザー光線の照射により裏面に達する切断溝を形成することにより、ヒ化ガリウム基板の切断面における表面近傍にデブリを付着せしめる、
ことを特徴とするヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法が提供される。
本発明によるヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法によれば、レーザー加工溝形成工程を実施してヒ化ガリウム基板にストリートに沿ってヒ化ガリウム基板の厚さに対して2分の1以上の深さで裏面に達しないレーザー加工溝を形成した後に、レーザー加工溝に沿ってレーザー光線を照射し、裏面に達する切断溝を形成する切断工程を実施することにより、ヒ化ガリウム基板の切断面における表面近傍にデブリを付着せしめるので、ヒ化ガリウム基板に形成されたストリートに沿って分割されたチップの各切断面における表面近傍には微細なデブリが付着しているため、チップの抗折強度が増大する。また、本発明においては、上記レーザー加工溝形成工程および切断工程を実施する前にデブリ遮蔽膜被覆工程を実施することによりヒ化ガリウム基板の表面にデブリ遮蔽膜を被覆するので、レーザー加工溝形成工程および切断工程を実施する際にレーザー光線の照射により発生し飛散するデブリはデブリ遮蔽膜によって遮断され、デバイスに付着することはない。
以下、本発明によるヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法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にはヒ化ガリウムウエーハの斜視図が示されている。図1に示すヒ化ガリウムウエーハ2は、例えば厚さが100μmのヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aには複数のストリート21が格子状に形成されている。そして、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aには、格子状に形成された複数のストリート21によって区画された複数の領域にハイブリッドICや高速IC等のデバイス22が形成されている。
上述したヒ化ガリウムウエーハ2は、図2の(a)および(b)に示すように環状のフレームFの内側開口部を覆うように外周部が装着された保護部材としての保護テープTの表面に裏面20bを貼着する(ウエーハ支持工程)。なお、上記保護テープTは、図示の実施形態においては厚さが80μmのポリ塩化ビニル(PVC)からなるシート基材の表面に、アクリル樹脂系の粘着層が厚さが5μm程度塗布されている。
上記ウエーハ支持工程を実施したならば、保護部材としての保護テープTに貼着されたヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aにデブリ遮蔽膜を被覆するデブリ遮蔽膜被覆工程を実施する。このデブリ遮蔽膜被覆工程について、図3を参照して説明する。デブリ遮蔽膜被覆工程は、先ず図3の(a)に示すように遮蔽被膜形成装置3のスピンナーテーブル31に環状のフレームFに保護テープTを介して支持されたヒ化ガリウムウエーハ2を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動し、スピンナーテーブル31上にヒ化ガリウムウエーハ2を保持する、このとき、環状のフレームFもスピンナーテーブル31に装着されている図示しないフレームクランプによって固定される。このようにして、スピンナーテーブル31上にヒ化ガリウムウエーハ2を保持したならば、スピンナーテーブル31を矢印で示す方向に所定の回転速度(例えば300〜1000rpm)で回転しつつ、スピンナーテーブル31の上方に配置された樹脂液供給ノズル32からヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aの中央領域に所定量の液状樹脂30を所定量滴下する。そして、スピンナーテーブル31を60秒間程度回転することにより、図3の(b)に示すようにヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aにはデブリ遮蔽膜300が被覆される。このデブリ遮蔽膜300の厚さは、上記液状樹脂30の滴下量によって決まるが、1〜10μm程度まで薄く形成することが可能である。なお、液状樹脂30は、例えばPVA(Poly Vinyl Alcohol)、PEG(Poly Ethylene Glycol)、PEO(Poly Ethylene Oxide)等の水溶性のレジストが望ましい。
上述したデブリ遮蔽膜被覆工程を実施したならば、表面20aにデブリ遮蔽膜300が被覆されたヒ化ガリウム(GaAs)基板20にデブリ遮蔽膜300側からストリート21に沿ってヒ化ガリウム(GaAs)基板20に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、ストリート21に沿って裏面20bに達しないレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程、およびレーザー加工溝が形成されたヒ化ガリウム(GaAs)基板20にレーザー加工溝に沿ってヒ化ガリウム(GaAs)基板20に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、レーザー加工溝に沿って裏面20bに達する切断溝を形成する切断工程を実施する。このレーザー加工溝形成工程および切断工程は、図4に示すレーザー加工装置4を用いて実施する。図4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と、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43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。
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内には図示しない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や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング421の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器422が装着されている。
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43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)の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子(赤外線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。
上述したレーザー加工装置4を用いて実施する上記レーザー加工溝形成工程について、図5および図6を参照して説明する。
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上に環状のフレームFに装着された保護テープTに貼着されているヒ化ガリウムウエーハ2を載置し、該チャックテーブル41上にヒ化ガリウムウエーハ2を吸着保持する。このとき、ヒ化ガリウムウエーハ2は、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aに被覆されたデブリ遮蔽膜300を上側にして保持される。なお、図4においては、保護テープTが装着された環状のフレームFを省いて示しているが、環状のフレームFはチャックテーブル41に配設された図示しないフレームクランプによって固定される。このようにして、ヒ化ガリウムウエーハ2を吸引保持したチャックテーブル41は、図示しない移動機構によって撮像手段43の直下に位置付けられる。
チャックテーブル41が撮像手段43の直下に位置付けられると、撮像手段43および図示しない制御手段によってヒ化ガリウムウエーハ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43および図示しない制御手段は、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aに所定方向に形成されているストリート21と、該ストリート21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422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(アライメント工程)。また、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20a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21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。このとき、ストリート21が形成されているヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aにはデブリ遮蔽膜300が形成されているが、デブリ遮蔽膜300が透明でない場合は赤外線で撮像して表面からアライメントすることができる。
以上のようにしてチャックテーブル41上に保持されたヒ化ガリウムウエーハ2におけるヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aに形成されたストリート21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5の(a)で示すようにチャックテーブル41をレーザー光線照射手段42の集光器422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21を集光器422の直下に位置付ける。このとき、図5の(a)で示すようにヒ化ガリウムウエーハ2は、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20に形成されたストリート21の一端(図5の(a)において左端)が集光器422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4の集光器422からヒ化ガリウム(GaAs)基板20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しつつチャックテーブル41を図5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5の(b)で示すようにストリート21の他端(図5の(b)において右端)が集光器422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21の表面付近に合わせる。
上述したレーザー加工溝形成工程を実施することにより、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20はストリート21に沿ってアブレーション加工が施され、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20には図5の(b)および図6に示すようにストリート21に沿ってレーザー加工溝23が形成される。このレーザー加工溝形成工程において形成するレーザー加工溝23は、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20の裏面20bに達しないことが重要であり、その深さはヒ化ガリウム(GaAs)基板20の厚さの2分の1以上が適当である。なお、レーザー加工溝形成工程においては、図6に示すようにレーザー光線の照射によりデブリ24が発生し飛散するが、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aにはデブリ遮蔽膜300被覆されているので、デブリ24はデブリ遮蔽膜300によって遮断され、デバイス22に付着することはない。
なお、上記レーザー加工溝形成工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
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
繰り返し周波数 :10kHz
出力 :4W
集光スポット径 :10μm
加工送り速度 :400mm/秒
上記加工条件でレーザー加工溝形成工程を実施することにより、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20にはストリート21に沿って深さ50μmのレーザー加工溝23を形成することができる。
次に、レーザー加工溝23が形成されたヒ化ガリウム(GaAs)基板20にレーザー加工溝23に沿ってヒ化ガリウム(GaAs)基板20に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、レーザー加工溝23に沿って裏面20bに達する切断溝を形成する切断工程を実施する。
即ち、上記レーザー加工溝形成工程を実施した図5の(b)に示す状態から、図7の(a)に示すようにレーザー光線照射手段4の集光器422からヒ化ガリウム(GaAs)基板20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しつつチャックテーブル41を図7の(a)において矢印X2で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。このとき、パルスレーザー光線の集光点Pをレーザー加工溝23の底面付近に合わせる。そして、図7の(b)で示すようにストリート21の他端(図7の(b)において左端)が集光器422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。
なお、切断工程における加工条件は上述したレーザー加工溝形成工程と同様でよく、従って、切断工程においてもヒ化ガリウム(GaAs)基板20には上記レーザー加工溝23に沿って深さ50μmのレーザー加工溝25が形成される。従って、厚さが100μmのヒ化ガリウム(GaAs)基板20にはレーザー加工溝23に沿って裏面20bに達する切断溝25が形成される。なお、切断工程においても上記レーザー加工溝形成工程と同様に図8に示すようにレーザー光線の照射によりデブリ24が発生し飛散する。このデブリ24は、レーザー加工溝23の壁面(切断面)23a上部に付着する。なお、デブリ24は、粒径が1〜2μmでレーザー加工溝23の壁面(切断面)23a上部に約2μmの範囲で付着する。また、デブリ24の一部は、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aに被覆されたデブリ遮蔽膜300上にも飛散するが、デブリ24はデブリ遮蔽膜300によって遮断され、デバイス22に付着することはない。
上述したレーザー加工溝形成工程および切断工程をヒ化ガリウム(GaAs)基板20に形成された所定方向に延びるストリート21に沿って実施したならば、チャックテーブル41を90度回動し、所定方向に対して直角に延びるストリート21に沿って上述したレーザー加工溝形成工程および切断工程を実施する。この結果、ヒ化ガリウムウエーハ2はデバイス22毎に個々のチップに分割される。なお、デバイス22毎に分割された個々のチップは環状のフレームFに装着された保護テープTの表面に貼着されているので、バラバラにはならずヒ化ガリウムウエーハ2の形態が維持されている。
上述したようにヒ化ガリウム(GaAs)基板20に形成された全てのストリート21に沿ってレーザー加工溝形成工程および切断工程を実施して、ヒ化ガリウムウエーハ2をデバイス22毎に個々のチップに分割したならば、ヒ化ガリウムウエーハ2は環状のフレームFに装着された保護テープTの表面に貼着された状態で、次工程である洗浄装置に搬送される。洗浄装置に搬送されたヒ化ガリウムウエーハ2は洗浄水によって洗浄されるが、ヒ化ガリウム(GaAs)基板20の表面20aに被覆されたデブリ遮蔽膜300が上述したように水溶性の樹脂によって形成されているので、デブリ遮蔽膜300を容易に洗い流すことができる。
ここで、本発明者による実験例について説明する。
直径が200mm、厚さが100μmのヒ化ガリウムウエーハを上述したレーザー加工溝形成工程および切断工程を実施して分割し、図9に示すように横10mm、縦10mm、厚さ100μmのチップ200を製作した。このようにして製作されたチップ200には、各切断面23aのデバイス22が形成されている表面近傍に上述したように粒径が1〜2μmのデブリ24が幅約2μmの範囲で付着している。このようにして製作されたチップ200の10個について3点曲げ試験法により抗折強度を測定した。この抗折強度の測定結果が図10に示されている。図10に示すように抗折強度の最大値は130MPaで最小値が100MPaであり、平均値が114.0MPaであった。
比較例
上述したレーザー加工溝形成工程における加工条件の加工送り速度を200mm/秒として、直径が200mm、厚さが100μmのヒ化ガリウムウエーハに対してレーザー加工溝形成工程を1回実施することにより分割し、横10mm、縦10mm、厚さ100μmのチップを製作した。このようにして製作したチップのは断面には、デブリの付着は僅かであった。このようにして製作されたチップの10個について3点曲げ試験法により抗折強度を測定した結果、図10に示すように抗折強度の最大値は87MPaで最小値が55MPaであり、平均値が70.2MPaであった。
以上のように、ヒ化ガリウムウエーハを本発明によるレーザー加工方法によって分割したチップ200は、抗折強度が比較例に対して62%以上増大することが判る。
以上、本発明を図示の実施形態に基いて説明したが、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。例えば、上述した実施形態においてはレーザー加工溝形成工程および切断工程をそれぞれ1回実施した例を示したが、ヒ化ガリウム(GaAs)基板の厚さによってはレーザー加工溝形成工程を2回以上実施してもよい。また、上述した実施形態においては、レーザー加工溝形成工程と切断工程を同一ストリートに沿って連続して実施する例を示したが、全てのストリートに沿ってレーザー加工溝形成工程を実施し、その後全てのストリートに沿って切断工程を実施してもよい。
本発明によるヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法によって個々のチップに分割されるヒ化ガリウムウエーハの斜視図。 本発明によるヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法におけるウエーハ支持工程の説明図。 本発明によるヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法におけるデブリ遮蔽膜被覆工程の説明図。 本発明によるヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法におけるレーザー加工溝形成工程および切断工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 本発明によるヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法におけるレーザー加工溝形成工程の説明図。 図5に示すレーザー加工溝形成工程によってレーザー加工されたヒ化ガリウムウエーハの要部拡大断面図。 本発明によるヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法における切断工程の説明図。 図7に示す切断工程によってレーザー加工されたヒ化ガリウムウエーハの要部拡大断面図。 本発明によるヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法分割されたチップの斜視図。 本発明によるヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法分割されたチップの抗折強度測定した結果を示すグラフ。
符号の説明
2:ヒ化ガリウムウエーハ
20:ヒ化ガリウム(GaAs)基板
21:ストリート
22:デバイス
23:レーザー加工溝
24:デブリ
25:切断溝
200:チップ
3:遮蔽被膜形成装置
31:スピンナーテーブル
32:樹脂液供給ノズル
30:液状樹脂
300:デブリ遮蔽膜
4:レーザー加工装置
41:チャックテーブル
42:レーザー光線照射手段
422:集光器
43:撮像手段
F:環状のフレーム
T:保護テープ

Claims (1)

  1. ヒ化ガリウム基板の表面に格子状に形成されたストリートによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたヒ化ガリウムウエーハのストリートに沿ってレーザー光線を照射し、ヒ化ガリウムウエーハをストリートに沿って切断するヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法であって、
    ヒ化ガリウム基板の裏面を保護部材に貼着するウエーハ支持工程と、
    保護部材に貼着されたヒ化ガリウム基板の表面にデブリ遮蔽膜を被覆するデブリ遮蔽膜被覆工程と、
    表面に該デブリ遮蔽膜が被覆されたヒ化ガリウム基板に該デブリ遮蔽膜側からストリートに沿ってヒ化ガリウム基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、ストリートに沿って裏面に達しないレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程と、
    該レーザー加工溝が形成されたヒ化ガリウム基板に該レーザー加工溝に沿ってヒ化ガリウム基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、該レーザー加工溝に沿って裏面に達する切断溝を形成する切断工程と、を含み、
    該レーザー加工溝形成工程はヒ化ガリウム基板の厚さに対して2分の1以上の深さのレーザー加工溝を形成し、該切断工程は1回のレーザー光線の照射により裏面に達する切断溝を形成することにより、ヒ化ガリウム基板の切断面における表面近傍にデブリを付着せしめる、
    ことを特徴とするヒ化ガリウムウエーハのレーザー加工方法。
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