JP2007273743A - 半導体基板のダイシング方法及び半導体基板 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子を高精度でダイシングすることができ、且つブレードの長寿命化に伴う歩留り向上、作業性向上を可能にすることができる半導体ダイシング方法を提供する。
【解決手段】複数の半導体素子が長手方向一列に形成された半導体基板を半導体素子毎に切断するに際し、半導体基板の表面に沿って所定間隔毎に一対の第１溝部を形成するように前記半導体基板に対して略垂直にハーフカットし、半導体素子が形成された半導体基板の壁面にブレードが接触しないように、前記第１ダイシング工程において形成された一対の第１溝部に挟まれた山部の頂部から上記一対の溝部の底部に向けてそれぞれ斜めにフルカットする。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体基板やプリンタヘッド用のＬＥＤアレイ等の被加工物のダイシング方法及び半導体基板に関するものである。

半導体素子を高精度に搭載するために、半導体基板のダイシングには様々な方法が試されてきた。半導体素子を高精度に搭載するために、隣接する半導体素子の接触面積を減らすことや、ダイシングの際に発生するチッピングを軽減することが課題とされてきた。

そこで、チッピングを減少させ、隣接する半導体素子を高精度に並べることができるように、半導体基板の裏面からダイシングを行う方法が提案されている（特許文献１）。
特開平１０−８３９４７号公報

しかしながら、特許文献１記載の半導体基板裏面からダイシングを行う方法は、半導体素子断面の設置面積を減少させ、チッピングを減少させることで隣接する半導体素子を高精度に並べていくことには効果を増大させていたが、半導体基板の貼り付け工程の工数増加とそれに伴う、歩留り低下を十分に抑制することができないという問題を有していた。
また、ブレードを傾斜した状態で半導体基板を一度に切断する方法は半導体素子断面の設置面積を減少させ、隣接する半導体素子を高精度に並べていくことを特徴としているが、この方法ではブレードが傾斜していることによりブレードと半導体基板との摩擦が増大し、ダイシング後の基板表面付近でのチッピングの発生を十分に抑制することができず、歩留り向上が困難であった。またブレードを傾斜させていることで発生する基板側面との摩擦でブレード自身の磨耗も早く、ブレードの寿命も短くなっていたためにブレードの交換作業等の比率が増え作業性向上が困難であった。

したがって、本発明は叙上の課題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、半導体素子を高精度でダイシングすることができ、且つブレードの長寿命化に伴う歩留り向上、作業性向上を可能とすることができる半導体ダイシング方法を提供することにある。

本発明者らは、鋭意研究を行った結果、ダイシングの深さが小さい場合、半導体基板を切削するブレードのぶれや振動なども小さく、そのため、半導体基板等の壁面に欠け等が発生しにくいこと、さらに上述のようにして作製された欠けの少ない半導体基板の壁面に接触しないように、上記のように切り込んだ半導体基板の壁面に対して斜めにフルカットすることで、半導体基板において欠陥が少ない状態を維持することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

したがって、本発明は、複数の半導体素子が長手方向一列に形成された半導体基板を半導体素子毎に切断する半導体基板のダイシング方法であって、半導体基板の表面に沿って所定間隔毎に一対の第１溝部を形成するように略垂直にハーフカットする第１ダイシング工程と、半導体素子が形成された半導体基板の壁面にブレードが接触しないように、前記第１ダイシング工程において形成された一対の第１溝部に挟まれた山部の頂部から上記一対の溝部の底部に向けてそれぞれ斜めにフルカットする第２ダイシング工程と、を有することを特徴とする半導体基板のダイシング方法にある。本発明において、ハーフカット又はハーフカットダイシングとは、半導体基板を完全には切断しないように、その途中まで切り込むことをいい、フルカット又はフルカットダイシングとは、半導体基板を完全に切断することをいう。

第１ダイシング工程においては、ダイシングの深さは小さく、カッターのブレードのぶれや振動などは小さい。そのため、切断された半導体基板の壁面において欠陥が少ない。
また、第２ダイシング工程においては、上述のように欠けが少ない半導体基板の壁面にブレードが接触しないように切断するため、半導体基板において欠陥が少ない状態を維持することができる。このように、半導体基板を精度よく分割することで、図３に示すようにチップの断面が緩衝することなくチップを高密度で並べることができる。表面から見ると図４のように半導体素子が等間隔に並んでいるように見えるが、これにより等ピッチで高密度に実装しなくてはならないプリンタ用ＬＥＤプリンタヘッド等への要求を十分に満足することができる。

また要求される品質に適した形でブレードを使い分けることにより、ブレード磨耗低減やチッピングを防ぐことが可能になり、歩留り、及び作業性を向上させることができる。

さらに、半導体基板を表面方向からのみのダイシングにより完全に分割できるため、基板の貼り換え工程を排除することができ、それにより歩留りの低下を抑止することができる。

本発明に係る半導体のダイシング方法の一実施の形態に関して、図面を参照しながら詳細に説明する。これらの実施の形態は例示するものであって、本発明を限定するものではない。

（実施の形態１）
本発明に係る半導体ダイシング方法は、複数の半導体素子が長手方向一列に形成された半導体基板を半導体素子毎に切断する半導体基板ダイシング方法であって、半導体基板の表面に沿って所定間隔毎に一対の第１溝部を形成するように半導体基板に対して略垂直にハーフカットする第１ダイシング工程と、半導体素子が形成された半導体基板の壁面にブレードが接触しないように、一対の第１溝部に挟まれた山部の頂部７から上記一対の溝部の底部８に向かってそれぞれ斜めにフルカットする第２ダイシング工程と、を備える。本実施形態に係るダイシング方法は、ハーフカット方式を採用しており、２段階のダイシング工程によって半導体基板を段階的に切削して分割する。

図１に基づいて、本実施形態に係るダイシング方法における第１ダイシング工程について説明する。第１ダイシング工程では、ウェハの裏面を粘着性のダイシングテープ４に貼付した状態で、ウェハの主表面に形成された複数の回路パターン間に第１ブレードにより切削する。

溝部の形成にあたっては、第１ブレードを挟んで設けられたノズル（不図示）から研削液を供給しながら、ウェハの表面側から切り込む。研削液としては純水にＣО_２をバブリングしたものを使用している。

第１ブレードの切り込み深さは、半導体基板の厚さの３０％〜７０％であることが好ましく、半導体基板の厚さの５０％程度であることがさらに好ましい。当該深さが半導体基板の厚さの７０％以下であると、ブレードのぶれや振動なども小さくなるため、切断の面精度も位置精度も向上し、半導体基板の厚さの３０％以上であると、半導体基板が破断しにくくなるからである。

図１は、第１ダイシング工程において切削された半導体基板の切削状態を示している。この第１ダイシング工程では、半導体基板に対して略垂直に設定された一つのブレードにより、半導体基板の上面から所定の切り込み深さで所定の方向（第１方向）に切削し対をなす第１溝部を複数形成する。一対のブレードにより、順次対をなす第１溝部を形成しても良いし、対をなすブレードが複数設けられたものを用いて、同時に対をなす複数の第１溝部を形成しても良い。これらの対は、半導体基板の、半導体素子が形成されていない部分に形成することが必要である。対をなす第１溝部の間隔は、第２ダイシング工程における第２ブレードの傾斜角度との兼ね合いで決定される。第２ダイシング工程における第２ブレードの傾斜角度が小さい場合は、当該間隔は小さくてもよいが、当該傾斜角度が大きい場合は、当該間隔は大きいことが必要である。

第１ダイシング工程での一対の第１溝部の切削方向は、必ずしも平行でなくてもよく、溝部ごとに任意の方向に向いていてもよい。但し、切削方向を０〜５度の範囲としないと、ＬＥＤ素子の配列を精密にすることができない。

次いで、第２ダイシング工程に関して説明する。第２ダイシング工程において、第２ブレードを挟んで設けられたノズル（不図示）から研削液を供給しながら、第２ブレードによりウェハの表面側から切り込む。研削液としては第１ダイシング工程と同様純水にＣО_２をバブリングしたものを使用している。第２ダイシング工程では、第１ダイシング工程でハーフカットされて形成された、溝部間の山部の頂面７から、一対の溝部のそれぞれの底部８に向って、斜めに切断する。この際、必ずしも、ブレードが溝部の底部８を通過する必要はなく、当該底部８の上方を通過しても良い。第２ダイシング工程におけるブレードの傾斜は、第１ダイシング工程におけるブレードの傾斜より大きいことが好ましく、特に、第２ダイシング工程におけるブレードは、第１ダイシング工程におけるブレードより０〜５度さらに傾斜していることが好ましい。これにより、第２ダイシング工程におけるブレードが、半導体素子が形成された半導体基板の端面に接触しないため、欠け等が少ない半導体素子を得ることができる。

対をなす複数の第１溝部が形成された半導体基板を切断する場合は、対をなす一方の側の第１溝部に対してそれぞれダイシングを行った後、半導体基板を固定する台を１８０度回転させ、対をなす他方の側の第１溝部に対してそれぞれダイシングを行ってもよい。１つの第２ブレードで、それぞれの第１溝部に対して順次ダイシングを行っても良いし、複数の第２ブレードで、同時にダイシングを行っても良い。また、対をなす一方の側の第１溝部に対して、所定の方向に第２ブレードを傾斜させてダイシングを行った後、半導体基板を固定する台を回転させることなく、対をなす他方の側の第１溝部に対して、先程と逆方向に第２ブレードを傾斜させてダイシングを行ってもよい。この場合、半導体基板に対して正方向に傾斜させたときの、半導体基板の法線と第２ブレードのなす角は、半導体基板に対して逆方向に傾斜させたときの、半導体基板の法線と第２ブレードとのなす角と一致していることが好ましい。

第２ダイシング工程により切削された半導体基板の断面形状は図３に示すように逆五角形となる。半導体基板の下辺の長さが短すぎると、これを載置したときの安定性が低下するため当該長さは短すぎないことが好ましい。図４に示すように半導体素子を等間隔で並べると、それぞれの半導体素子間にスペースが形成され、当該スペースに接着剤が充填される。従来のように半導体基板が矩形に切断された場合は、半導体基板の壁面間に接着剤が入りそれぞれの壁面を接触させて配置することができないが、上記逆五角形の形状とすることにより、接着剤は上記スペースにのみ存在し、それにより半導体基板の垂直端面同士を接触させて配置することができるため、複数の半導体素子を密集して配列させることができる。

本発明に係る半導体基板のダイシング方法によれば、半導体素子が形成された半導体基板に垂直な垂直側壁面と、前記垂直側壁面に連続する、前記半導体素子の下側に向けて傾斜した傾斜側壁面とを有し、前記垂直側壁面よりも前記傾斜側壁面の方が表面の粗さが粗いことを特徴とする半導体基板を得ることができる。表面粗さが粗いと接着剤との密着性が向上するため好ましい。ここで、垂直側壁面とは、図３に示すように、半導体素子が形成された逆五角形の半導体基板の上面に垂直な壁面をいい、傾斜側壁面とは、上記逆五角形の半導体基板の下方に設けられた傾斜した壁面をいう。

続いて、第１ダイシング工程において使用される第１ブレード、及び第２ダイシング工程において使用される第２ブレードに関して説明する。第１ブレードは、アルミニウム製のフランジと切削ブレードとから成っており、円形をしている。切削ブレードは、フランジの一方の端面にダイヤモンド砥粒を、ニッケル（Ｎi）を結合材として、電気メッキ技術を用いた電鋳法で固着させたもので、ダイヤモンド砥粒を固着させた後フランジの鍔部をエッチングで取り除くことによりブレードが形成される。

なお、結合材に通常のニッケルよりも軟質の金属、例えばニッケル（Ｎi）と銅（Ｃｕ）等のニッケルよりも軟質の金属との合金を用いることにより、砥粒の切れ味が持続する効果を持たせることができる。

ダイヤモンド砥粒は粒度＃４０００〜＃６０００の細かい砥粒が用いられ、ウェハ切断時のチッピングを減少させるようになっている。また、切削ブレード中に占める砥粒の割合を表わす集中度は、ダイヤモンドの重量単位を基準としており、４．４ｃｔ／ｃｍ^３を１００とすることから、体積％の４倍の値となっているが、本実施の形態では６０〜９０とした。

集中度が６０よりも小さいと、砥粒の数が不足して切れ味が低下し、９０よりも大きいと砥粒間に形成されるポケットが小さすぎて切削水の供給と切り粉の排除が悪くなり、同じく切れ味が低下するからである。本実施の形態では、集中度は６０〜９０が好ましいが、７０〜８０が更に好適である。

第１ブレードの切削ブレードの外径は約５０ｍｍで、厚さは６０μｍ〜９０μｍ程度のもので、ウェハの第１溝部の幅よりも１０μｍ程度マイナスした厚さのものが好適に用いられる。

第２ブレードも、その構造は第１ブレードと同じで、アルミニウム製のフランジと切削ブレードとから成っている。

第２ブレードの切削ブレードは、フランジの一方の端面にダイヤモンド砥粒を、ニッケル（Ｎi）を結合材として、電気メッキ技術を用いた電鋳法で固着させたもので、第１ブレード同様、ダイヤモンド砥粒を固着させた後フランジ鍔部をエッチングで取り除くことにより切削ブレードが形成される。

また、結合材に通常のニッケルよりも軟質の金属を用い、砥粒の切れ味を持続させる効果を持たせてもよい。

ダイヤモンド砥粒も第１ブレード同様、粒度＃４０００〜＃６０００（好ましくは♯５０００）の細かい砥粒が用いられ、ウェハ切断時の裏面のチッピングを減少させることができる。♯４０００より粗いとウェハの裏面チッピングが許容値以上に発生し、♯６０００より細かいと研削負荷が大き過ぎてダイシングできない。また、切削ブレード中に占める砥粒の割合を表わす集中度も、６０〜９０とした。

第２ブレードの切削ブレードの外径は約５０ｍｍで、厚さは２０μｍ〜３０μｍ程度（好ましくは１５μｍ〜２０μｍ）である。刃厚が２０μｍより薄いと剛性が弱くてすぐに破損してしまい実用的でなく、３０μｍより厚いと研削負荷がかかり過ぎ、裏面チッピングが生じやすい。

第１ブレードは、５０，０００〜５５，０００ｒｐｍで回転させることが好ましく、更に好ましくは５２，０００〜５３，０００ｒｐｍである。また、第２ブレードも５０，０００ｒｐｍ〜５５，０００ｒｐｍで回転させることが好ましく、さらに好ましくは５２，０００〜５３，０００ｒｐｍである。

第１ブレード及び第２ブレードについて、切削ブレードの半導体基板に対する進行方向と切削ブレードの回転方向とが順方向であってもよいし、逆方向であっても良い。

なお、本実施の形態では、第１ブレード及び第２ブレードはフランジ付タイプで説明したが、本発明はこれに限定されず、フランジと一体になっていないワッシャタイプのブレードであってもよい。また、使用砥粒もダイヤモンド砥粒に限らず、ＣＢＮ（キュービック・ボロン・ナイトライド）砥粒等を用いてもよく、更に電鋳ブレードに限らず、通常のメタルボンドブレードやレジンボンドブレードを適用してもよい。

また、本実施の形態において、例えば、被加工物として半導体基板の例を挙げて説明したが、かかる例に限定されず、被加工物は、フィルム上に複数のベアチップがパッケージ化された基板であれば、例えば、ＳＯＦ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）基板、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）基板などであってもよい。

第１ダイシング工程における半導体基板の概略断面図である。 第２ダイシング工程における半導体基板の概略断面図である。 分割後に並べられた半導体素子の概略断面図である。 分割後に並べられた半導体素子の概略表面図である。 第１ブレードが垂直時である時の概略断面図である。

符号の説明

１ 半導体基板
２ 表面
３ 裏面
４ ダイシングテープ
５ 半導体素子
６ 分割されたチップ
７ 山部の頂面
８ 溝部の底部
ａ１ 第１ブレード
ａ２ 第２ブレード

Claims (6)

1. 複数の半導体素子が長手方向一列に形成された半導体基板を半導体素子毎に切断する半導体基板のダイシング方法であって、
   半導体基板の表面に沿って所定間隔毎に一対の第１溝部を形成するように前記半導体基板に対して略垂直にハーフカットする第１ダイシング工程と、
   半導体素子が形成された半導体基板の壁面にブレードが接触しないように、前記第１ダイシング工程において形成された一対の第１溝部に挟まれた山部の頂部から前記一対の溝部の底部に向けてそれぞれ斜めにフルカットする第２ダイシング工程と、を有することを特徴とする半導体基板のダイシング方法。
2. 前記第１ダイシング工程において、半導体基板の垂直な方向に対して０〜５度の範囲でブレードを傾斜させて前記半導体基板をダイシングすることを特徴とする請求項１記載の半導体基板のダイシング方法。
3. 前記第２ダイシング工程において、ブレードが前記第１溝部に対してさらに半導体素子側に傾斜するようにダイシングすることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体基板のダイシング方法。
4. 前記第２ダイシング工程において、ブレードが前記第１溝部に対して最大で５度の範囲で傾斜するようにダイシングすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体基板のダイシング方法。
5. 前記第１ダイシング工程において使用するブレードの粗さが、前記第２ダイシング工程において使用するブレードの粗さよりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体基板のダイシング方法。
6. 半導体素子が形成された半導体基板に垂直な垂直側壁面と、前記垂直側壁面に連続する、前記半導体素子の下側に向けて傾斜した傾斜側壁面とを有し、前記垂直側壁面よりも前記傾斜側壁面の方が表面の粗さが粗いことを特徴とする半導体基板。
   

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