JP2005086111A - 半導体基板の切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 チッピング等の発生を防止して半導体基板を薄型化し且つ切断し得る半導体基板の切断方法を提供する。
【解決手段】 表面３に機能素子１５が形成された厚さ３５０μｍのウェハ１１の裏面１７を研磨してウェハ１１を厚さ１５０μｍにする。その後、裏面１７をレーザ光入射面として、ウェハ１１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することで、切断予定ライン５に沿ってウェハ１１の内部に溶融処理領域１３による切断起点領域８を形成する。これにより比較的小さな力で切断起点領域８を起点として割れを発生させ得る。従って、切断起点領域８形成後にウェハ１１の裏面１７を研磨してウェハ１１を厚さ１００μｍにする際に、切断起点領域８から発生した割れ２１に研磨面が達しても、ウェハ１１の切断面は互いに密着しているため、研磨によってウェハ１１にチッピング等が発生するのを防止し得る。
【選択図】 図１５

Description

本発明は、半導体デバイスの製造工程等において、表面に機能素子が形成された半導体基板を切断するために使用される半導体基板の切断方法に関する。

近年の半導体デバイスの小型化に伴い、半導体デバイスの製造工程において、半導体基板が数１０μｍ程度の厚さにまで薄型化されることがある。このように薄型化された半導体基板をブレードにより切断すると、半導体基板が厚い場合に比べてチッピングやクラッキングの発生が増加し、半導体基板を切断することで得られる半導体チップの歩留まりが低下するという問題がある。

このような問題を解決し得る技術として、特許文献１や特許文献２には次のような技術が記載されている。すなわち、表面に機能素子が形成された半導体基板に対して当該表面側からブレードにより溝を形成する。そして、当該表面に粘着シートを貼り付けて半導体基板を保持し、予め形成した溝に達するまで半導体基板の裏面を研磨することで、半導体基板を薄型化する共に半導体基板を分割する。
特開昭６４−３８２０９号公報 特開昭６２−４３４１号公報

しかしながら、上述した技術にあっては、半導体基板の裏面の研磨を平面研削によって行うと、半導体基板に予め形成した溝に平面研削面が達した際に、当該溝の側面でチッピングやクラッキングが発生するおそれがある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、チッピングやクラッキングの発生を防止して、半導体基板を薄型化し且つ半導体基板を切断することができる半導体基板の切断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体基板の切断方法は、表面に機能素子が形成された半導体基板を切断予定ラインに沿って切断する半導体基板の切断方法であって、半導体基板の裏面を研磨して半導体基板を第１の厚さにする工程と、半導体基板を第１の厚さにした後に、半導体基板の裏面をレーザ光入射面として半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することで改質領域を形成し、その改質領域によって、切断予定ラインに沿ってレーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、切断起点領域を形成した後に、半導体基板の裏面を研磨して半導体基板を第２の厚さにする工程とを備えることを特徴とする。

この半導体基板の切断方法においては、表面に機能素子が形成された半導体基板を加工対象物とし、その裏面を研磨して半導体基板を第１の厚さに薄型化する。その後、裏面をレーザ光入射面として半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することで、例えば多光子吸収或いはそれと同等の光吸収を生じさせ、切断予定ラインに沿って半導体基板の内部に改質領域による切断起点領域を形成する。このとき、半導体基板は第１の厚さに薄型化されているため、薄型化されなかった場合に比べ、半導体基板内部の所望の位置に精度良く切断起点領域を形成することができる。また、半導体基板の裏面をレーザ光入射面とするため、表面に形成された機能素子によりレーザ光の入射が妨げられるようなこともない。このように半導体基板の内部に切断起点領域が形成されると、自然に或いは比較的小さな力を加えることで、切断起点領域を起点として割れを発生させ、その割れを半導体基板の表面と裏面とに到達させることができる。従って、切断起点領域形成後に半導体基板の裏面を研磨して半導体基板を第２の厚さ（＜第１の厚さ）に薄型化する際に、切断起点領域を起点として発生した割れに研磨面が達しても、その割れにより切断された半導体基板の切断面は互いに密着しているため、研磨によって半導体基板にチッピングやクラッキングが発生するのを防止することができる。よって、チッピングやクラッキングの発生を防止して、半導体基板を薄型化し且つ半導体基板を切断することが可能になる。

ここで、切断起点領域とは、半導体基板が切断される際に切断の起点となる領域を意味する。この切断起点領域は、改質領域が連続的に形成されることで形成される場合もあるし、改質領域が断続的に形成されることで形成される場合もある。また、機能素子とは、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、回路として形成された回路素子等を意味する。

また、改質領域は溶融処理領域を含む場合がある。加工対象物が半導体基板であると、レーザ光の照射によって溶融処理領域が形成される場合がある。この溶融処理領域は上述した改質領域の一例であるため、この場合にも、チッピングやクラッキングの発生を防止して、半導体基板を薄型化し且つ半導体基板を切断することが可能になる。

また、改質領域は、溶融処理領域と、その溶融処理領域に対してレーザ光入射面の反対側に位置する微小空洞とを含む場合がある。加工対象物が半導体基板であると、レーザ光の照射によって溶融処理領域及び微小空洞が形成される場合がある。この溶融処理領域及び微小空洞は上述した改質領域の一例であるため、この場合にも、チッピングやクラッキングの発生を防止して、半導体基板を薄型化し且つ半導体基板を切断することが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、チッピングやクラッキングの発生を防止して、半導体基板を薄型化し且つ半導体基板を切断することができる。

以下、本発明に係る半導体基板の切断方法の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、半導体基板の内部に改質領域を形成するために多光子吸収という現象を利用する。そこで、最初に、多光子吸収により改質領域を形成するためのレーザ加工方法について説明する。

材料の吸収のバンドギャップＥ_Ｇよりも光子のエネルギーｈνが小さいと光学的に透明となる。よって、材料に吸収が生じる条件はｈν＞Ｅ_Ｇである。しかし、光学的に透明でも、レーザ光の強度を非常に大きくするとｎｈν＞Ｅ_Ｇの条件（ｎ＝２，３，４，・・・）で材料に吸収が生じる。この現象を多光子吸収という。パルス波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点のピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ^２）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上の条件で多光子吸収が生じる。ピークパワー密度は、（集光点におけるレーザ光の１パルス当たりのエネルギー）÷（レーザ光のビームスポット断面積×パルス幅）により求められる。また、連続波の場合、レーザ光の強度はレーザ光の集光点の電界強度（Ｗ／ｃｍ^２）で決まる。

このような多光子吸収を利用する本実施形態のレーザ加工方法について、図１〜図６を参照して説明する。図１に示すように、半導体基板１の表面３には、半導体基板１を切断するための切断予定ライン５がある。切断予定ライン５は直線状に延びた仮想線である。本実施形態のレーザ加工方法では、図２に示すように、多光子吸収が生じる条件で半導体基板１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して改質領域７を形成する。なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、仮想線に限らず半導体基板１に実際に引かれた線であってもよい。

そして、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図１の矢印Ａ方向に）相対的に移動させることにより、集光点Ｐを切断予定ライン５に沿って移動させる。これにより、図３〜図５に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って半導体基板１の内部に形成され、この改質領域７が切断起点領域８となる。本実施形態のレーザ加工方法は、半導体基板１がレーザ光Ｌを吸収することにより半導体基板１を発熱させて改質領域７を形成するものではない。半導体基板１にレーザ光Ｌを透過させ半導体基板１の内部に多光子吸収を発生させて改質領域７を形成している。よって、半導体基板１の表面３ではレーザ光Ｌがほとんど吸収されないので、半導体基板１の表面３が溶融することはない。

半導体基板１の内部に切断起点領域８を形成すると、この切断起点領域８を起点として割れが発生し易くなるため、図６に示すように、比較的小さな力で半導体基板１を切断することができる。よって、半導体基板１の表面３に不必要な割れを発生させることなく、半導体基板１を高精度に切断することが可能になる。

この切断起点領域８を起点とした半導体基板１の切断には、次の２通りが考えられる。１つは、切断起点領域８の形成後、半導体基板１に人為的な力が印加されることにより、切断起点領域８を起点として半導体基板１が割れ、半導体基板１が切断される場合である。これは、例えば半導体基板１の厚さが大きい場合の切断である。人為的な力が印加されるとは、例えば、半導体基板１の切断起点領域８に沿って半導体基板１に曲げ応力やせん断応力を加えたり、半導体基板１に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることである。他の１つは、切断起点領域８を形成することにより、切断起点領域８を起点として半導体基板１の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に半導体基板１が切断される場合である。これは、例えば半導体基板１の厚さが小さい場合には、１列の改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となり、半導体基板１の厚さが大きい場合には、厚さ方向に複数列形成された改質領域７により切断起点領域８が形成されることで可能となる。なお、この自然に割れる場合も、切断する箇所において、切断起点領域８が形成されていない部位に対応する部分の表面３上にまで割れが先走ることがなく、切断起点領域８を形成した部位に対応する部分のみを割断することができるので、割断を制御よくすることができる。近年、シリコンウェハ等の半導体基板１の厚さは薄くなる傾向にあるので、このような制御性のよい割断方法は大変有効である。

さて、本実施形態のレーザ加工方法において、多光子吸収により形成される改質領域としては、次の（１），（２）の場合がある。

（１）改質領域が溶融処理領域の場合
半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。これにより半導体基板の内部は多光子吸収によって局所的に加熱される。この加熱により半導体基板の内部に溶融処理領域が形成される。溶融処理領域とは一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。半導体基板がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。なお、電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。

本発明者らは、半導体基板の一例であるシリコンウェハの内部で溶融処理領域が形成されることを実験により確認した。実験条件は次の通りである。

（Ａ）半導体基板：シリコンウェハ（厚さ３５０μｍ、外径４インチ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
レーザ光スポット断面積：３．１４×１０^−８ｃｍ^２
発振形態：Ｑスイッチパルス
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓ
出力：２０μＪ／パルス
レーザ光品質：ＴＥＭ_００
偏光特性：直線偏光
（Ｃ）集光用レンズ
倍率：５０倍
Ｎ．Ａ．：０．５５
レーザ光波長に対する透過率：６０パーセント
（Ｄ）半導体基板が載置される載置台の移動速度：１００ｍｍ／秒

図７は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの一部における断面の写真を表した図である。シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３が形成されている。なお、上記条件により形成された溶融処理領域１３の厚さ方向の大きさは１００μｍ程度である。

溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを説明する。図８は、レーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。ただし、シリコン基板の表面側と裏面側それぞれの反射成分を除去し、内部のみの透過率を示している。シリコン基板の厚さｔが５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍの各々について上記関係を示した。

例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの波長である１０６４ｎｍにおいて、シリコン基板の厚さが５００μｍ以下の場合、シリコン基板の内部ではレーザ光が８０％以上透過することが分かる。図７に示すシリコンウェハ１１の厚さは３５０μｍであるので、多光子吸収による溶融処理領域１３はシリコンウェハ１１の中心付近、つまり表面から１７５μｍの部分に形成される。この場合の透過率は、厚さ２００μｍのシリコンウェハを参考にすると、９０％以上なので、レーザ光がシリコンウェハ１１の内部で吸収されるのは僅かであり、ほとんどが透過する。このことは、シリコンウェハ１１の内部でレーザ光が吸収されて、溶融処理領域１３がシリコンウェハ１１の内部に形成（つまりレーザ光による通常の加熱で溶融処理領域が形成）されたものではなく、溶融処理領域１３が多光子吸収により形成されたことを意味する。多光子吸収による溶融処理領域の形成は、例えば、溶接学会全国大会講演概要第６６集（２０００年４月）の第７２頁〜第７３頁の「ピコ秒パルスレーザによるシリコンの加工特性評価」に記載されている。

なお、シリコンウェハは、溶融処理領域によって形成される切断起点領域を起点として断面方向に向かって割れを発生させ、その割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達することにより、結果的に切断される。シリコンウェハの表面と裏面に到達するこの割れは自然に成長する場合もあるし、シリコンウェハに力が印加されることにより成長する場合もある。そして、切断起点領域からシリコンウェハの表面と裏面とに割れが自然に成長する場合には、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から割れが成長する場合と、切断起点領域を形成する溶融処理領域が溶融している状態から再固化する際に割れが成長する場合とのいずれもある。ただし、どちらの場合も溶融処理領域はシリコンウェハの内部のみに形成され、切断後の切断面には、図７のように内部にのみ溶融処理領域が形成されている。このように、半導体基板の内部に溶融処理領域によって切断起点領域を形成すると、割断時、切断起点領域ラインから外れた不必要な割れが生じにくいので、割断制御が容易となる。

（２）改質領域が溶融処理領域及び微小空洞の場合
半導体基板の内部に集光点を合わせて、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件でレーザ光を照射する。これにより、半導体基板の内部には溶融処理領域と微小空洞とが形成される場合がある。図９に示すように、半導体基板１の表面３側からレーザ光Ｌを入射させた場合、微小空洞１４は、溶融処理領域１３に対して裏面１７側に形成される。図９では、溶融処理領域１３と微小空洞１４とが離れて形成されているが、溶融処理領域１３と微小空洞１４とが連続して形成される場合もある。つまり、多光子吸収によって溶融処理領域及び微小空洞が対になって形成される場合、微小空洞は、溶融処理領域に対して半導体基板におけるレーザ光入射面の反対側に形成されることになる。なお、電界強度の上限値としては、例えば１×１０^１２（Ｗ／ｃｍ^２）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。

このように、半導体基板１にレーザ光Ｌを透過させ半導体基板１の内部に多光子吸収を発生させて溶融処理領域１３を形成した場合に、それぞれの溶融処理領域１３に対応した微小空洞１４が形成される原理については必ずしも明らかではない。ここでは、溶融処理領域１３及び微小空洞１４が対になった状態で形成される原理に関して本発明者らが想定する２つの仮説を説明する。

本発明者らが想定する第１の仮説は次の通りである。すなわち、図１０に示すように、半導体基板１の内部の集光点Ｐに焦点を合わせてレーザ光Ｌを照射すると、集光点Ｐの近傍に溶融処理領域１３が形成される。従来は、このレーザ光Ｌとして、レーザ光源から照射されるレーザ光Ｌの中心部分の光（図１０中、Ｌ４及びＬ５に相当する部分の光）を使用することとしていた。これは、レーザ光Ｌのガウシアン分布の中心部分を使用するためである。本発明者らはレーザ光Ｌが半導体基板１の表面３に与える影響をおさえるためにレーザ光Ｌを広げることとした。その一手法として、レーザ光源から照射されるレーザ光Ｌを所定の光学系でエキスパンドしてガウシアン分布の裾野を広げて、レーザ光Ｌの周辺部分の光（図１０中、Ｌ１〜Ｌ３及びＬ６〜Ｌ８に相当する部分の光）のレーザ強度を相対的に上昇させることとした。このようにエキスパンドしたレーザ光Ｌを半導体基板１に透過させると、既に説明したように集光点Ｐの近傍では溶融処理領域１３が形成され、その溶融処理領域１３に対応した部分に微小空洞１４が形成される。つまり、溶融処理領域１３と微小空洞１４とはレーザ光Ｌの光軸（図１０中の一点鎖線）に沿った位置に形成される。微小空洞１４が形成される位置は、レーザ光Ｌの周辺部分の光（図１０中、Ｌ１〜Ｌ３及びＬ６〜Ｌ８に相当する部分の光）が理論上集光される部分に相当する。このようにレーザ光Ｌの中心部分の光（図１０中、Ｌ４及びＬ５に相当する部分の光）と、レーザ光Ｌの周辺部分の光（図１０中、Ｌ１〜Ｌ３及びＬ６〜Ｌ８に相当する部分の光）とがそれぞれ集光される部分が半導体基板１の厚さ方向において異なるのは、レーザ光Ｌを集光するレンズの球面収差によるものと考えられる。本発明者らが想定する第１の仮説は、この集光位置の差が何らかの影響を及ぼしているのではないかというものである。

本発明者らが想定する第２の仮説は、レーザ光Ｌの周辺部分の光（図１０中、Ｌ１〜Ｌ３及びＬ６〜Ｌ８に相当する部分の光）が集光される部分は理論上のレーザ集光点であるから、この部分の光強度が高く微細構造変化が起こっているためにその周囲が実質的に結晶構造が変化していない微小空洞１４が形成され、溶融処理領域１３が形成されている部分は熱的な影響が大きく単純に溶解して再固化したというものである。

ここで、溶融処理領域は上記（１）で述べた通りのものであるが、微小空洞は、その周囲が実質的に結晶構造が変化していないものである。半導体基板がシリコン単結晶構造の場合には、微小空洞の周囲はシリコン単結晶構造のままの部分が多い。

本発明者らは、半導体基板の一例であるシリコンウェハの内部で溶融処理領域及び微小空洞が形成されることを実験により確認した。実験条件は次の通りである。

（Ａ）加工対象物：シリコンウェハ（厚さ１００μｍ）
（Ｂ）レーザ
光源：半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
波長：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数：４０ｋＨｚ
パルス幅：３０ｎｓｅｃ
パルスピッチ：７μｍ
加工深さ：８μｍ
パルスエネルギー：５０μＪ／パルス
（Ｃ）集光用レンズ
ＮＡ：０．５５
（Ｄ）加工対象物が載置される載置台の移動速度：２８０ｍｍ／ｓｅｃ

図１１は、上記条件でのレーザ加工により切断されたシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。図１１において（ａ）と（ｂ）とは同一の切断面の写真を異なる縮尺で示したものである。同図に示すように、シリコンウェハ１１の内部には、１パルスのレーザ光Ｌの照射により形成された溶融処理領域１３及び微小空洞１４の対が、切断面に沿って（すなわち、切断予定ラインに沿って）所定のピッチで形成されている。なお、図１１に示す切断面の溶融処理領域１３は、シリコンウェハ１１の厚さ方向（図中の上下方向）の幅が１３μｍ程度で、レーザ光Ｌを移動する方向（図中の左右方向）の幅が３μｍ程度である。また、微小空洞１４は、シリコンウェハ１１の厚さ方向の幅が７μｍ程度で、レーザ光Ｌを移動する方向の幅が１．３μｍ程度である。溶融処理領域１３と微小空洞８との間隔は１．２μｍ程度である。

以上、多光子吸収により形成される改質領域として（１），（２）の場合を説明したが、半導体基板の結晶構造やその劈開性などを考慮して切断起点領域を次のように形成すれば、その切断起点領域を起点として、より一層小さな力で、しかも精度良く半導体基板を切断することが可能になる。

すなわち、シリコンなどのダイヤモンド構造の単結晶半導体からなる基板の場合は、（１１１）面（第１劈開面）や（１１０）面（第２劈開面）に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。また、ＧａＡｓなどの閃亜鉛鉱型構造のIII−V族化合物半導体からなる基板の場合は、（１１０）面に沿った方向に切断起点領域を形成するのが好ましい。

なお、上述した切断起点領域を形成すべき方向（例えば、単結晶シリコン基板における（１１１）面に沿った方向）、或いは切断起点領域を形成すべき方向と直交する方向に沿って基板にオリエンテーションフラットを形成すれば、そのオリエンテーションフラットを基準とすることで、切断起点領域を形成すべき方向に沿った切断起点領域を容易且つ正確に基板に形成することが可能になる。

以下、本発明に係る半導体基板の切断方法の好適な実施形態について、より具体的に説明する。なお、図１３〜図１８は、図１２のシリコンウェハのXIII−XIII線に沿っての部分断面図である。

図１２に示すように、加工対象物となるシリコンウェハ（半導体基板）１１は厚さ３５０μｍであり、その表面３には、複数の機能素子１５がオリエンテーションフラット１６に平行な方向と垂直な方向とにマトリックス状にパターン形成されている。このようなシリコンウェハ１１を次のようにして機能素子１５毎に切断する。

まず、図１３（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の表面３側に保護フィルム１８を貼り付けて機能素子１５を覆う。この保護フィルム１８は、機能素子１５を保護するものである。保護フィルム１８を貼り付けた後、図１３（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の裏面１７を上方に向けた状態で保護フィルム１８をガラスプレート１９上にＵＶ硬化樹脂により接着する。そして、図１３（ｃ）に示すように、厚さ３５０μｍのシリコンウェハ１１の裏面１７を平面研削して、シリコンウェハ１１を厚さ１５０μｍ（第１の厚さ）に薄型化する。

続いて、レーザ加工装置を用いてシリコンウェハ１１の内部に切断起点領域を形成する。このとき、レーザ加工装置へのシリコンウェハ１１の搬送においては、シリコンウェハ１１が保護フィルム１８を介してガラスプレート１９上に固定されているため、シリコンウェハ１１に損傷等を与えることなくシリコンウェハ１１を容易に搬送することができる。そして、図１４（ａ）に示すように、レーザ加工装置の載置台２０上に、シリコンウェハ１１の裏面１７を上方に向けてガラスプレート１９を真空吸着により固定し、隣り合う機能素子１５，１５間を通るように切断予定ライン５を格子状に設定する（図１２の二点鎖線参照）。

切断予定ライン５を設定した後、図１４（ｂ）に示すように、裏面１７をレーザ光入射面としてシリコンウェハ１１の内部に集光点Ｐを合わせて、上述した多光子吸収が生じる条件でレーザ光Ｌを照射し、載置台２０の移動により切断予定ライン５に沿って集光点Ｐを相対移動させる。これにより、図１４（ｃ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部には、切断予定ライン５に沿って溶融処理領域１３により切断起点領域８が形成される。

続いて、図１５（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１及び保護フィルム１８が固定されたガラスプレート１９を載置台２０から取り外し、図１５（ｂ）に示すように、厚さ１５０μｍ（第１の厚さ）のシリコンウェハ１１の裏面１７を平面研削して、シリコンウェハ１１を厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化する。この切断起点領域８形成後の裏面１７の平面研削においては、平面研削開始後に切断起点領域８を起点として発生した割れ２１がシリコンウェハ１１の表面３と裏面１７とに到達するため、割れ２１が裏面１７に到達した状態で裏面１７を更に平面研削していくことになる。そして、シリコンウェハ１１が厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化された際には、シリコンウェハ１１が切断予定ライン５に沿って精度良く切断される。これにより、機能素子１５を１つ有した半導体チップ２２を複数得ることができる。

シリコンウェハ１１を厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化した後、図１５（ｃ）に示すように、ガラスプレート１９側から紫外線を照射する。これにより、保護フィルム１８とガラスプレート１９との間のＵＶ硬化樹脂、及び保護フィルム１８の粘着剤であるＵＶ硬化樹脂が硬化するため、ガラスプレート１９が保護フィルム１８から剥がれ易くなり、同様に、保護フィルム１８がシリコンウェハ１１から剥がれ易くなる。

続いて、図１６（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の裏面１７に、ダイボンディング用接着剤として機能するダイボンド樹脂層２３を形成する。そして、図１６（ｂ）に示すように、ダイボンド樹脂層２３におけるシリコンウェハ１１側と反対側の表面に、厚さ１００μｍ程度の拡張可能な拡張フィルム２４を貼り付けて、ガラスプレート１９を保護フィルム１８から剥がし取る。なお、拡張フィルム２４の周縁部分には、フィルム拡張手段３０が取り付けられている。更に、図１６（ｃ）に示すように、保護フィルム１８をシリコンウェハ１１から剥がし取る。

続いて、図１７（ａ）に示すように、拡張フィルム２４に紫外線を照射する。これにより、拡張フィルム２４の粘着剤であるＵＶ硬化樹脂が硬化し、ダイボンド樹脂層２３が拡張フィルム２４から剥がれ易くなる。そして、図１７（ｂ）に示すように、フィルム拡張手段３０によって、拡張フィルム２４の周縁部分を外側に向かって引っ張るようにして拡張フィルム２４を拡張させる。この拡張フィルム２４のエキスパンドによって、隣り合う半導体チップ２２，２２の対面する切断面２２ａ，２２ａが密着した状態から離れていくことになるため、シリコンウェハ１１の裏面１７に密着していたダイボンド樹脂層２３も切断予定ライン５に沿って切断される。

拡張フィルム２４を拡張させた後、図１７（ｃ）に示すように、吸着コレット等を用いて半導体チップ２２を順次ピックアップしていく。このとき、ダイボンド樹脂層２３は半導体チップ２２と同等の外形に切断されており、また、ダイボンド樹脂層２３と拡張フィルム２４との密着力が低下しているため、半導体チップ２２は、その裏面に切断されたダイボンド樹脂層２３が密着した状態でピックアップされることになる。そして、図１８に示すように、半導体チップ２２を、その裏面に密着したダイボンド樹脂層２３を介してリードフレーム２６のダイパッド上に載置し、加熱によりフィラー接合する。

以上のようなシリコンウェハ１１の切断方法においては、表面３に機能素子１５が形成された厚さ３５０μｍのシリコンウェハ１１を加工対象物とし、その裏面１７を研磨してシリコンウェハ１１を厚さ１５０μｍ（第１の厚さ）に薄型化する。その後、裏面１７をレーザ光入射面としてシリコンウェハ１１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射する。これにより、シリコンウェハ１１の内部で多光子吸収を生じさせ、切断予定ライン５に沿ってシリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３による切断起点領域８を形成する。このとき、シリコンウェハ１１は厚さ１５０μｍ（第１の厚さ）に薄型化されているため、薄型化されなかった場合に比べ、シリコンウェハ１１内部の所望の位置に精度良く切断起点領域８を形成することができる。また、シリコンウェハ１１の裏面１７をレーザ光入射面とするため、表面３に形成された機能素子１５によりレーザ光の入射が妨げられるようなこともない。

このようにシリコンウェハ１１の内部に切断起点領域８が形成されると、自然に或いは比較的小さな力を加えることで、切断起点領域８を起点として割れを発生させ、その割れをシリコンウェハ１１の表面３と裏面１７とに到達させることができる。従って、切断起点領域８形成後にシリコンウェハ１１の裏面１７を研磨してシリコンウェハ１１を厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化する際に、切断起点領域８を起点として発生した割れ２１に研磨面が達しても、その割れ２１により切断されたシリコンウェハ１１の切断面２２ａは互いに密着しているため、研磨によってシリコンウェハ１１にチッピングやクラッキングが発生するのを防止することができる。よって、チッピングやクラッキングの発生を防止して、シリコンウェハ１１を薄型化し且つシリコンウェハ１１を切断することが可能になる。

ところで、シリコンウェハ１１を厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化した後における半導体チップ２２と溶融処理領域１３との関係としては、図１９〜図２１に示すものがある。各図に示す半導体チップ２２には、後述するそれぞれの効果が存在するため、種々様々な目的に応じて使い分けることができる。ここで、図１９（ａ）、図２０（ａ）及び図２１（ａ）は、シリコンウェハ１１を厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化する前に割れ２１がシリコンウェハ１１の表面３に達している場合であり、図１９（ｂ）、図２０（ｂ）及び図２１（ｂ）は、シリコンウェハ１１を厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化する前に割れ２１がシリコンウェハ１１の表面３に達していない場合である。図１９（ｂ）、図２０（ｂ）及び図２１（ｂ）の場合にも、シリコンウェハ１１を厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化した後には、割れ２１がシリコンウェハ１１の表面３に達する。

図１９（ａ），（ｂ）に示すように、溶融処理領域１３が切断面内に残存する半導体チップ２２は、その切断面が溶融処理領域１３により保護されることとなり、半導体チップ２２の抗折強度が向上する。また、図２０（ａ），（ｂ）に示すように、溶融処理領域１３が切断面内に残存しない半導体チップ２２は、溶融処理領域１３が半導体デバイスに好影響を与えないような場合に有効である。更に、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、溶融処理領域１３が切断面の裏面側のエッジ部に残存する半導体チップ２２は、当該エッジ部が溶融処理領域１３により保護されることとなり、半導体チップ２２のエッジ部を面取りした場合と同様に、エッジ部におけるチッピングやクラッキングの発生を防止することができる。

そして、図１９（ａ）、図２０（ａ）及び図２１（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１を厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化する前に割れ２１がシリコンウェハ１１の表面３に達している場合に比べ、図１９（ｂ）、図２０（ｂ）及び図２１（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１を厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化する前に割れ２１がシリコンウェハ１１の表面３に達していない場合の方が、シリコンウェハ１１を厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化した後に得られる半導体チップ２２の切断面の直進性がより一層向上する。

なお、シリコンウェハ１１を厚さ１００μｍ（第２の厚さ）に薄型化する前に割れ２１がシリコンウェハ１１の表面３に到達するか否かは、溶融処理領域１３の表面３からの深さに関係するのは勿論であるが、溶融処理領域１３の大きさにも関係する。すなわち、溶融処理領域１３の大きさを小さくすれば、溶融処理領域１３の表面３からの深さが浅い場合でも、割れ１５は半導体基板１の表面３に到達しない。溶融処理領域１３の大きさは、例えば切断起点領域８を形成する際におけるパルスレーザ光の出力により制御することができる。つまり、パルスレーザ光の出力を上げれば大きくなり、パルスレーザ光の出力を下げれば小さくなる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、半導体基板１の内部で多光子吸収を生じさせて改質領域７を形成した場合であったが、半導体基板１の内部で多光子吸収と同等の光吸収を生じさせて改質領域７を形成することができる場合もある。

また、上述したシリコンウェハ１１の切断方法は、改質領域として溶融処理領域１３を形成する場合であったが、改質領域として溶融処理領域１３及び微小空洞１４を形成してもよい。この場合、シリコンウェハ１１の裏面１７をレーザ光入射面とするため、微小空洞１４は、溶融処理領域１３に対してレーザ光入射面の反対側、すなわち、機能素子１５が形成された表面３側に形成されることになる。切断面において微小空洞１４側の部分は、溶融処理領域１３側の部分に比べ高精度になる傾向があるため、機能素子１５が形成された表面３側に微小空洞１４を形成することで、半導体チップ２５の歩留まりをより一層向上させることが可能になる。

本実施形態のレーザ加工方法によるレーザ加工中の半導体基板の平面図である。 図１に示す半導体基板のII−II線に沿っての断面図である。 本実施形態のレーザ加工方法によるレーザ加工後の半導体基板の平面図である。 図３に示す半導体基板のIV−IV線に沿っての断面図である。 図３に示す半導体基板のV−V線に沿っての断面図である。 本実施形態のレーザ加工方法により切断された半導体基板の平面図である。 本実施形態のレーザ加工方法により溶融処理領域が形成されたシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。 本実施形態のレーザ加工方法におけるレーザ光の波長とシリコン基板の内部の透過率との関係を示すグラフである。 本実施形態のレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成された半導体基板の断面図である。 本実施形態のレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成される原理を説明するための断面図である。 本実施形態のレーザ加工方法により溶融処理領域及び微小空洞が形成されたシリコンウェハの切断面の写真を表した図である。 本実施形態の半導体基板の切断方法において加工対象物となるシリコンウェハの平面図である。 本実施形態の半導体基板の切断方法を説明するための模式図であり、（ａ）はシリコンウェハに保護フィルムが貼り付けられた状態、（ｂ）は保護フィルムにガラスプレートが貼り付けられた状態、（ｃ）はシリコンウェハが厚さ１５０μｍに薄型化された状態である。 本実施形態の半導体基板の切断方法を説明するための模式図であり、（ａ）はシリコンウェハがレーザ加工装置の載置台上に固定された状態、（ｂ）はシリコンウェハにレーザ光が照射されている状態、（ｃ）はシリコンウェハの内部に切断起点領域が形成された状態である。 本実施形態の半導体基板の切断方法を説明するための模式図であり、（ａ）はシリコンウェハがレーザ加工装置の載置台上から取り外された状態、（ｂ）はシリコンウェハが厚さ１００μｍに薄型化された状態、（ｃ）はガラスプレート側から紫外線が照射されている状態である。 本実施形態の半導体基板の切断方法を説明するための模式図であり、（ａ）はシリコンウェハの裏面にダイボンド樹脂層が形成された状態、（ｂ）はダイボンド樹脂層に拡張フィルムが貼り付けられた状態、（ｃ）は保護フィルムがシリコンウェハから剥がし取られた状態である。 本実施形態の半導体基板の切断方法を説明するための模式図であり、（ａ）は拡張フィルムに紫外線が照射されている状態、（ｂ）は拡張フィルムがエキスパンドされた状態、（ｃ）は切断されたダイボンド樹脂層と共に半導体チップがピックアップされている状態である。 本実施形態の半導体基板の切断方法において半導体チップがダイボンド樹脂層を介してリードフレームに接合された状態を示す模式図である。 本実施形態の半導体基板の切断方法において半導体チップの切断面内に溶融処理領域が残存する場合を説明するための模式図である。 本実施形態の半導体基板の切断方法において半導体チップの切断面内に溶融処理領域が残存しない場合を説明するための模式図である。 本実施形態の半導体基板の切断方法において半導体チップの切断面の裏面側のエッジ部に溶融処理領域が残存する場合を説明するための模式図である。

符号の説明

１…半導体基板、３…表面、５…切断予定ライン、７…改質領域、８…切断起点領域、１１…シリコンウェハ（半導体基板）、１３…溶融処理領域、１４…微小空洞、１５…機能素子、１７…裏面（レーザ光入射面）、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。

Claims (3)

1. 表面に機能素子が形成された半導体基板を切断予定ラインに沿って切断する半導体基板の切断方法であって、
   前記半導体基板の裏面を研磨して前記半導体基板を第１の厚さにする工程と、
   前記半導体基板を第１の厚さにした後に、前記半導体基板の裏面をレーザ光入射面として前記半導体基板の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することで改質領域を形成し、その改質領域によって、前記切断予定ラインに沿って前記レーザ光入射面から所定距離内側に切断起点領域を形成する工程と、
   前記切断起点領域を形成した後に、前記半導体基板の裏面を研磨して前記半導体基板を第２の厚さにする工程とを備えることを特徴とする半導体基板の切断方法。
2. 前記改質領域は溶融処理領域を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体基板の切断方法。
3. 前記改質領域は、溶融処理領域と、その溶融処理領域に対して前記レーザ光入射面の反対側に位置する微小空洞とを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体基板の切断方法。

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