JP2007509501A - 硬い基板ウェハのソーイング過程 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】硬いウェハ基板に形成された高アスペクト比のダイは、テープを必要とせずにソーイングされ、高いダイ収率を得ることができる。半導体ダイ３をサファイアウェハ２からソーイングする準備として、単一体のサンドイッチ状組立体を形成する熱可塑性層４によりウェハをシリコンキャリア基板６に接続する２０。その後、ダイをウェハからソーイングする。熱可塑性材は除去され、ダイは、シリコンキャリア基板から個別に除去することができる５０。熱可塑性材は、ソーにより及び冷却剤の流れ３０により加えられたせん断力に抗してダイを所要位置に保持する接合部を生じさせる。

Description

本発明は、半導体チップの製造、より具体的には、基板が極めて硬い材料である場合、ウェハ基板から大きいアスペクト比を有する半導体チップをソーイングする過程に関する。

半導体チップを商業的な数量にて製造する従来の方法は、基板材料の大きい寸法のウェハにて何百又は何千という極めて多数の同一のチップを同時に作成し又は加工するものである。半導体チップの各々は、電力増幅器、低ノイズ増幅器、コンピュータプロセッサ、電子的構成要素又は極めて複雑な電子部品構成要素の回路の複製物を画成し又は保持している。ウェハにおける該回路の作成は、典型的に、従来のドーピング、フォトレジスト及びエッチング過程を使用し、これらの詳細は周知であり、従って、本発明には関係しない。回路の作成が完了したならば、ウェハを個別のチップに切断し、切り離して、個別に取り扱い、試験し、リードを取り付け及び（又は）パッケージして且つ、全体として電子装置内に挿入するのに適したデバイスとなるよう完成させる。

ウェハを備えて形成された単一構造体から個別のチップを分離することは、ソーイングにより実現される。上述した回路の加工及び後続のチップのソーイング加工の一環として、形成された回路を保持するウェハの側部に平行線格子が斜交線パターンにて標識され又は描かれる。ソーイング線と称されるこれらの線は、実際のウェハ部分の多数の領域に対する境界として作用し、これらウェハの各々は、個別のチップを保持し又は時々、称されるようにダイを保持し且つ、ソーイング装置にて及びソーイングするときのウェハの心合わせを案内する。加工済のウェハの下側は、ウェハのキャリアとして作用する長い接着剤テープの粘着側と接触する位置に配置される。接着剤により該キャリア内に保持された状態にてウェハは、ソーイング線に沿って丸形ソーブレードにてソーイングされ、チップ又はダイを切断する一方、接着剤テープは影響を受けないままにする。ソーイング工程後、半導体ダイを接着剤テープから個別に除去し、その後、直ちに使用可能なパッケージ化したチップに仕上げることができる。

ウェハをソーイングすることにより生じた摩擦は熱を発生させる。ソーブレード及びウェハの過熱を防止するため、ソーイング装置は、切断する間、脱イオン化水の流れをブレードの切刃に向けてブレードを冷却する。この流れはウェハも同様に打撃する。ソーの回転するブレードは振動も発生させる。接着剤テープは、ウェハから切断されるダイがソーイング手順の間、冷却剤の水流の力により吹き飛ばされ、又は振動によりウェハ支持体から撥ね出すといった共に望ましくない動作を防止する。

理解し得るように、採用される冷却剤の流量は、ウェハをソーイングするときに発生された熱量に機能的に依存する一方、その冷却剤の量は、ウェハの基板材料の硬度の特徴に極めて依存する。大量生産するときに従来から一般に使用されていた基板材料は、モーズスケールにて４ないし５の硬度を有するヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、モーズスケールにて７の硬度を有するシリコン（Ｓｉ）、また、一般に使用される程度は少ないが、９．５の硬度を有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び該スケールにて９の硬度を有するサファイアのウェハを採用していた。比較して説明すれば、ＧａＡｓ、シリコン及び炭化ケイ素は、比較的低硬度である一方、サファイア及び炭化ケイ素は、高硬度を有する。その結果、サファイアウェハをソーイングするとき、多量の熱が発生し、冷却剤の流れ、従ってその流れにより加えられる力は、その他のウェハ材料をソーイングするときよりも大きくなければならない。

しかし、これら従来の適用例において、テープの接着剤面と接触したダイの面積（長さ×幅）は相対的に大きい。ダイの高さは、ダイの長さ及び幅に比して低く、このことは、ダイに対しダイの高さと長さ又は幅の比である、アスペクト比を相対的に小さくすることになる。一例として、典型的なＧａＡｓ集積回路は、０．０３のアスペクト比を有する。接触面積が大きければ大きい程、接着程度は大きいため、接着剤テープは、冷却剤の流れにより加えられるせん断力よりも大きく、また、冷却剤の流れによりそれぞれのダイの上端に加えられることにより発生される機械的モーメントよりも大きい保持力をそれぞれのダイに加える。

更に、ダイに対するテープキャリアの接着剤接合は恒久的ではなくて、剥離可能であることを目的とする。テープの接着剤接合は、ソーイング手順の間、ダイを支持体にて保持するのに十分であるが、その手順が完了した後、ダイは、更なる取り扱いのためテープから個別に摘み取る（ｐｌｕｃｋ）ことができる。摘み取りは、ダイをピンセット又は同様のものにて把持し且つ、ダイを上方にテープから引き離し、接着剤接合に上廻り、その結果、テープがダイを剥離するようにすることで手操作により実現される。

この便宜で且つ広く採用されているソーイング手順は、トランジスタ技術の進歩に伴いある限界に到達したと考えられる。サファイア又は炭化ケイ素の基板に作成された窒化ガリウム（「ＧａＮ」）にて形成されたトランジスタは、高電子移動度トランジスタ（「ＨＥＭＴ」）、電力増幅器及び低ノイズ増幅器のように有用であることが判明している。経済的に実現可能であるようにするため、これらのトランジスタは先行のＧａＡｓトランジスタにて実現されるのと同一の要領にて、すなわち、標準寸法にて商業的に入手可能であるウェハにて多数のトランジスタを作成する必要がある。極めて日常的に、上述したソーイング手順は、窒化ガリウムトランジスタの製造に適用されているが、その効果は極めて劣る。

ＧａＮに対する２つの適宜な基板材料の内、炭化ケイ素は、使用不能な程度に高価であり、ＧａＮトランジスタに対する経済的な選択肢として基板に対するサファイアが残る。個別のトランジスタダイが必要とする表面積は、長さ約３００μ×幅１５０μと極めて小さく、設計者はサファイアウェハにより描かれた面積内に多数のこれらのダイを充填することを可能にすることが分かった。これに反して、ダイシングすべき基板は、３００ないし６００μの深さを有し、個別のダイに対する大きいアスペクト比を効果的に示す。サファイアは極めて硬い材料であるから、ウェハのソーイングは通常よりも多量の熱を発生させることが予想され、従って、ソーブレード及びウェハ双方の熱的損傷を回避し得るようソーの冷却剤の流れを適宜に増大させていた。

該冷却剤の流れは２つの重大な悪影響を生じさせた。第一に、ソーブレードが硬い材料と相互作用することに起因する局部的加熱の結果、接着剤テープの接着剤性質が破壊されていた。第二に、増大した冷却剤の流れは、ソーイングにより形成された個別のダイをテープから分離させ且つ吹き飛ばし、ダイを散乱させるのに十分な力を発生させていた。ソーイングはダイの一部分を画成する多数の斜交ソーイング線を発生させたとき、冷却剤の流れの力は庭のホースが多数のピンポン球を部屋中に撒き散らすのと全く同様に、半導体ダイを切断テーブルから吹き飛ばしたのを知って驚いた。このため、散乱したダイは汚染されたものとみなされ、使用することができなかった。追加的なダイを続けてソーイングすると、同一の結果が生じた。ウェハからの使用可能なダイの収率は実質的に零であった。実証済みの先行技術のソーイング過程は失敗であった。当該出願人は、既知の救済策が無いという最初の印象の状況に直面した。

ソーブレードのみを頻繁に交換することは、極めてコスト高であるため、冷却剤の流量を減少させることは、実際的な代替法ではなかった。接着剤の強度を増すこともまた解決策とはならなかった。接着剤の強度は、ソーイングの完了時、ダイをテープから摘み取るのを困難又は不可能にする程に極めて増大させなければならないであろう。半導体ダイの表面積を増大させ、一例として表面積を４倍にし、これによりダイのアスペクト比を減少させれば、テープに対する個別のダイの接着強度はより大きくなるであろう。しかし、所定のウェハにて作成可能であるダイの数は４分の３だけ減少し、このことは、チップのコストを禁止的な程度に増し且つ、チップを経済的に実現不可能にすることになる。本発明以前、高アスペクト比の半導体チップをサファイアウェハから経済的にダイシングする方法は何も知られていなかった。

従って、本発明の１つの目的は、極めて硬い基板に形成された半導体チップをソーイングする効果的で且つ経済的に価値のある過程を提供することである。

本発明の更なる目的は、硬い材料のウェハから切断した高アスペクト比のダイと支持キャリアとの間に、ダイをソーイングする間に要求される冷却剤の衝撃力に抵抗するのに十分強力な接着状態を提供し、また、ダイをキャリアから除去することが望まれるとき、その接着状態を解消することである。

本発明の追加的な目的は、サファイアウェハに形成されたＧａＮチップをソーイングする新規な過程を提供することである。

また、本発明の更に追加的な目的は、接着剤テープを採用しない、ウェハから半導体チップをソーイングする過程にて使用されるキャリア装置を提供することである。

上記の目的及び有利な効果に従って、ソーイング方法は、そのようにして製造された小さい片がソーブレードを冷却する冷却剤の流れにより散乱されるのを防止しつつ、極めて硬い材料から高アスペクト比の小さい片をソーイングすることを可能にする。極めて硬い材料であるサファイアにて半導体デバイスを製造するために適用したとき、この方法において、半導体ダイを保持するサファイアウェハは、熱可塑性材料によりシリコンキャリア基板、望ましくはシリコンのウェハに接続され、ダイをウェハからソーイングする準備として単一体のサンドイッチ組立体を形成する。熱可塑性材は、ソーイングする間、ソーブレードを冷却すべく使用される液体冷却剤の流れにより及びソーがサファイアウェハを切断するとき、ダイが高アスペクト比であるときでさえ、回転するソーブレードによりダイに加えられたせん断力に対してダイを所要位置に保持するのに十分、強力な接合状態を生じさせる。その後、熱可塑性材料は、化学的に除去され、ダイは、シリコンキャリア基板から個別的にピックアップすることができる。

更なる特徴として、ウェハのデバイス側部は、ソーイングする前に、フォトレジストのような保護層にて被覆されている。本発明の別の特徴に従い、熱可塑性材は、ウェハの後側部の上方に沿って液体の形態にて施され且つ、加熱されて熱可塑性材を硬化させる。次に、ウェハは、裏側が基板キャリアに対して位置する状態に配置され且つ、加熱されて熱可塑性材を液化し、その後、冷却して熱可塑性材を凝固させ且つ、ウェハ、熱可塑性材及び基板キャリアの単一体のサンドイッチ構造体を形成する。その後、ウェハをソーイングしてダイを形成する。

１つの代替的な手順において、熱可塑性材は、キャリア基板の上面にシートとして施され、ウェハは、そのシートの頂部に配置される。次に、ウェハ及びキャリアを圧縮状態に配置し且つ、加熱して熱可塑性材を液化する。このステップの後、組立体を冷却して熱可塑性材を再硬化させ、これによりウェハ及びキャリアを共に単一体のサンドイッチ組立体にて接合する。

本発明の上記及び追加的な目的並びに有利な効果は、上記の節にて簡単にのみ説明したその構造的特徴と共に、添付図面に示したその図と一緒に、本明細書の以下に記載した本発明の１つの好ましい実施の形態の詳細な説明を読むことにより、当該技術の当業者に一層明らかになるであろう。

ウェハが加工されて図１にダイ又はチップ３にて図解的に示した（正確な縮尺ではない）半導体デバイス１のような、上面に半導体デバイスの多数の複製物を形成した後、半導体ウェハのソーイングが実行される。図２に図解的に示したように、その１つにのみ参照番号を付したこれらの半導体デバイス１は、典型的に、横列及び縦列にて互いに短い距離だけ隔たれて、ウェハ５の表面に規則的な格子状パターンにて配置される。この配置は、丸形ソーを一連の平行な線、すなわちソーイング線に沿って、最初に一方向７に向け、次に、直交する方向９に向けて動かし、チップ又はダイと称する、ウェハの実質部分の小さい別個の四角形又は矩形の形状をした領域を画成することを可能にする。

典型的に、形成された半導体デバイスは、短い距離だけ伸びて加工したウェハの深さに入る。残るウェハの厚さ又は高さは、新規なソーイング手順により取り扱った炭化ケイ素又はサファイア材料のような、基板材料のみを構成する。本発明が最も関係するダイは、５００ないし６００μｍの範囲の高さと、１５０ないし３００μｍの範囲の幅とを有し、２．０ないし４．１の範囲のアスペクト比を画成する。ウェハにてこれらの半導体デバイスを作成する過程は周知であり、本発明を理解するため関連せず又は重要ではなく、従って、詳細に更に説明する必要はない。これらの作成過程は、改良されたソーイング方法を適宜な形態にて適用するものであり且つ、任意のソーイング手順の間、半導体デバイスを損傷から保護する必要性を気付かせる作用を果たすものである。表面にて半導体デバイスを形成すべく加工した半導体ウェハは、ソーイング線として説明した平行な斜交線７、９にて標識されており、これらの線は、ソーイングのガイドとし、また、ウェハをソーイング装置内にて視覚的に心合わせする働きをする。

加工したウェハは、典型的に、ソーイング過程に導入される前に、適宜な間隔、ウェハをアセトン内に、次に、イソプロピルアルコール内に浸漬させ、脱イオン水にてリンスし、その後、その浴をブロー乾燥させる等して清浄化され、これらは全て従来型式のものである。

新規なソーイング手順の１つの実施の形態を示す図３のフロー図を参照する。ブロック１０にて示すように、保護コーティングが清浄にしたデバイス−加工したウェハのデバイス側部に施されて、ソーイング中に生じた任意の材料の破片により直接的に打撃され且つ損傷されないようウェハのデバイスを保護する。保護コーティングは、液体形態にて施されるフォトレジストであることが好ましい。液体フォトレジストをウェハに施し且つ、ウェハを約１分間、約４，３００ｒｐｍにて回転させ、遠心力がコーティングをウェハの表面に亙って均一に撒き拡げるのを許容することにより、均一なコーティングが得られる。フォトレジストの一部は、ウェハの端縁の上方に沿って流れ、許容可能であるように、その円筒状側壁をコーティングする。しかし、底面は清浄なままでなければならない。次に、コーティングしたウェハを適宜な間隔、加熱炉内にて加熱し、フォトレジストを焼入れ又は硬化させ且つ、ウェハの半導体デバイスに対する保護コーティングを形成しなければならない。

ウェハの上面は、この過程の段階にてフォトレジストにてコーティングされるが、フォトレジストは、半透明又は透明であり、表面に標識された上述したソーイング線を見ることを可能にし、このため、技術員は実際にソーイングの間、線を観察することができる。

過程の次のステップは、ブロック２０にて示すように、接合又は接着剤として熱可塑性材料を使用してウェハをキャリア基板に取り付け又は接合することである。キャリア基板は、ウェハよりも面積が大きく且つ、厚さが遥かに厚く、従って極めて剛性な平坦な形態のシリコンのスラブ又はウェハにて適宜に形成される。該キャリア基板６は、簡単に参照する図６に示されている。図３を参照すると、取り付けは、２つの方法にて実現することができる。好ましい、図４に示した第一の方法は、液体熱可塑性材を使用するものである。図５に示した第二の方法は、熱可塑性材料のシートを使用するものである。

ブロック２１にて示した、図４の好ましい手順を考慮して、ウェハの裏側は、液体熱可塑性材にてコーティングされる。具体的には、フォトレジストがそれ以前のステップの好ましい方法に従って硬化された後、ウェハを反転させ、裏面を露出させる。デバイス側部にてフォトレジストをコーティングするときに行われるときと全く同様に、熱可塑性流体をウェハの裏面に堆積させ、次に、熱可塑性材でコーティングしたウェハを適宜な間隔、高速度にて回転させ、遠心力が撒き拡げ且つ裏面を均一にコーティングすることを許容する。

ブロック２２により示したように、次に、熱可塑性材をコーティングしたウェハを加熱炉内に配置し且つ、加熱して熱可塑性材を硬化させる、すなわち、熱可塑性液体が室温にて凝固するのを防止する作用を果たす熱可塑性材料中の溶媒を追い出し、熱可塑性コーティングは凝固する。

次に、図４にてブロック２３により示すように、熱可塑性材を接着剤として使用してフォトレジスタ及び熱可塑性材で被覆したウェハをキャリア基板に接合する。この過程の該部分を実行するため、適宜に従来のボンディング装置を使用する。次に、ウェハを反転させ、熱可塑性材で被覆された裏側がキャリア基板と当接する位置に配置されるようにする。典型的に、ボンディング装置は、その間に熱可塑性材が挟持された状態でウェハをキャリアに対して圧縮する。このように圧縮される間、サンドイッチ組立体を加熱して熱可塑性材料を液化させる。液化したとき、熱可塑性材は表面に順応し、ウェハ及びキャリアの隣接する面の顕微鏡的隙間を充填する。次に、熱を除去し、組立体を冷却し又は所望通りに冷却することを許容し、熱可塑性材は硬化し且つ、接合部を形成し、ウェハをキャリアに取り付ける。この段階にて、ウェハ２、熱可塑性材料４、キャリア基板６及びウェハ２を被覆する保護コーティング８を有するウェハ及びキャリアの単一体となった組立体が図の図解図に示すように現出する。これで、ウェハはソーイングする準備が整う。

これと代替的に、厚さ１ないし１０ミルのシートにて利用可能であるように、液体熱可塑性材に代えて、熱可塑性材料のシートを使用することを望むならば、この許容可能な代替策は、僅かに異なる手順に従う。この代替的な手順は、図５のフロー図に示されている。ブロック２４により示すように、ウェハの表面に合う寸法とされた被覆シートは、キャリア基板上に配置される。ブロック２５により示すように、次に、ウェハを配置し、ウェハの裏側が熱可塑性材料のシートと当接する関係にあり、パイルを形成する、すなわちその間に熱可塑性材料が挟持されたウェハ及びキャリア基板の切り離した組立体を形成する。最後に、ブロック２６により表わすように、ウェハは、ウェハボンディング装置を使用してキャリア基板にウェハ接合される。このウェハ接合工程の説明は、図４に関して上記に説明した通りであり、再度繰り返さない。これで、ウェハはソーイングを行う準備が整う。明らかであるように、この代替的な手順にてウェハの裏側は熱可塑性材にてコーティングされていないため、ウェハを反転させる、すなわちフリップオーバーさせる必要はなく、このことは幾分有利な点である。

次に、図３のフロー図を再度参照すると、ブロック３０により示すように、ウェハは、半導体デバイスの個別のダイを切断するようにソーイングされる。ウェハにおけるソーイング線をガイドとして使用して、半導体ウェハをソーイングするため業界にて従来から使用されているソー装置にてキャリア及びキャリア組立体を適正に心合せする。該装置は、作動中、高速度にて回転する丸形ソーブレードを有しており、ブレードの動く切刃をウェハに押し付け且つ、回転するソーブレードをソーイング線に沿って移動させることによりソーイングが実行される。

ソーイング装置は、また、ソーブレードがウェハに切り込む位置にてソーブレードに向けられた流体ノズル（図示せず）も保持している。該ノズルは、冷却剤の供給部に接続されている。作動したならば、ソーは、図２に示した、斜交線パターンで切断してウェハにし、また、これと同時に、冷却剤が圧送され且つ、ノズルを通してソーブレード及びウェハに噴霧される。ソー装置は、自動化されており、装置に対するプログラムにて操作者により特定されたウェハにおける位置にて平行な斜交線を切断する。該プログラミングの詳細は既知であり、本発明の理解にとって重要ではない。切断は、ウェハ２（図６）及び熱可塑性材料４を切断するのに十分に深く、また、下方のシリコン基板キャリア６内にも僅かに切断する。次に、ソーイングはウェハを個別のダイ及び少量のスクラップに切り離す。

ソーイング中に行われる任意の局部的加熱は、熱可塑性材料が軟化し且つ、液化するときの温度よりも低いままであり、また、個別のダイとキャリア基板との間の接着剤接合は強力なままであることが分かった。更に、冷却剤の噴霧によりダイに加わった力は、熱可塑性材料の接着剤強度を上廻るのに不十分であった。従って、噴霧ブラストがウェハから切断される半導体ダイの全てを基板キャリアから分離させることはなかった。切断したダイを所要位置にて直立状態に保持した。ソーイングが完了したとき、半導体ダイは、ミートハンマーのヘッドと多少類似する状態で基板キャリアに接着した状態にて所要位置に止まる。上記の結果は、本発明の背景として上記に説明したような失敗したテープ工程に優るこの手順の有利な効果を証明するものであった。先行の接着剤テープ過程よりも複雑ではあるが、上記の手順は、テープ過程が成功しなかった環境にて成功裏にソーイングを実現した。

図３を続けて参照すると、次のステップにて、ブロック４０により示すように、その一部をソーイング過程により除去したフォトレジスト保護コーティングの残りをダイから除去する。フォトレジストの除去はアセトン浸漬により実行される。

次に、同様に、ブロック４０により示すように、熱可塑性材料の残りを除去する。このステップに対し、好ましくは、キャリア−ダイ組立体をウェハディシュ内に慎重に配置し且つ、イソプロピルに浸漬させる。次に、ＰＲＳ２００商標名Ｎ−メチル ピロリドンという溶媒に浸漬させ、その後、脱イオン水にてリンスする。次に、キャリア−ダイ組立体をウェハディッシュ内のアセトンに浸漬させ、このことは、全ての熱可塑性材料を除去することになる。このとき、ダイは下方の基板キャリアから効果的に分離されており、また、ウェハディッシュ内で直立に立ち上がったままである。この段階にて、個別のダイ又はチップが傾き且つ（又は）ディシュから散乱することになるような、ウェハディッシュの揺れ（ｊａｒｒｉｎｇ）を避けるよう注意しなければならない。

ここで、半導体ダイは個別に除去し且つ、ブロック５０により示すように、自然乾燥させ、このことは、ソーイング手順を実質的に完了させることになる。次に、ダイを本発明に関係しない従来の要領にて個別的に更に取り扱い、包装し且つ試験のため送り出す。

溶媒を使用することを必要とせず、上記の過程にて熱可塑性材を除去することの１つの代替法は、キャリア−ダイ組立体を高温の基板上に配置し、キャリア−ダイ組立体を熱可塑性材が液体状態に変化する温度迄、加熱することである。ダイは個別に除去することができる。高温の基板から除去されたならば、熱可塑性材は冷却し且つ、再凝固する。

熱可塑性材料は、材料が極めて高温度まで上昇したとき、粘性流体に変化する。この温度以下のとき、熱可塑性材は硬くなり且つ、２０．６８４ＭＰａ（３，０００ｐｓｉ）程度の高せん断力値を有し、また、高せん断力、特に、相対的に細長いダイの頂側部に向けられ、また、回転するソーブレードにより発生された冷却剤の流れにより発生されたせん断力に耐えることができる。

新規な過程の１つの実際的な実施の形態において、保護コーティングは、クラリアンツ（Ｃｌａｒｉａｎｔ’ｓ）Ａ２４６２０フォトレジストであり、これは、６０秒間、４３００ｒｐｍにて回転することにより手操作にてコーティングし、次に、２０分間、１１０℃にて加熱炉にて加熱し、フォトレジストを硬化させ、次に、少なくとも５分間、冷却させる。ウェハは、下向きにて小型のチャックに取り付け、熱可塑性材（液体の形態）をウェハの裏側に施し、ウェハを約８０秒間、３，０００ｒｐｍにて回転させた。次に、ウェハを加熱炉内に配置し、約１５分間、１９０℃にて加熱し、化学的阻止剤を熱可塑性材から除去し、熱可塑性材が硬化し且つ、ウェハに接着するのを許容し、ウェハを約５分間、冷却させる。ここでウェハは、熱可塑性コーティングにより裏当てされる。一例として、ウェハよりも大きい直径の短い円筒形状のシリコンキャリアは、キャリア表面の全ての塵埃を吹き払い、キャリア表面にアセトンを噴霧し、次に、メタノールを噴霧し、脱イオン水にてリンスし、その後、ブロー乾燥させることにより作製した。シリコンキャリアは、フィルタ紙のシート上にてボンディング装置に配置した。ウェハを反転させ、その裏側がキャリアの表面の頂面に配置されるようにした。

次に、ボンディング装置を作動させ且つ、ウェハをキャリアに圧縮し、加熱を開始した。サンドイッチ組立体を１５分間、１９０℃にて加熱した。その温度にて、熱可塑性材は粘性流体となり、この流体は、キャリアの隣接する表面及び同様にウェハの全ての微細な孔を充填する。次に、ボンディング装置は、冷却サイクルを進行し、４０℃の温度にて終わった。このことは、熱可塑性材を冷却し、熱可塑性材は強固に硬化し、ウェハをシリコンキャリアに取り付けることになる。この段階にて、ソーイング装置の適正な取り付け状態を保証するため、キャリア及びウェハの厚さを測定することができる。

次に、サンドイッチ組立体をウェハチャックに取り付け（接着剤テープ無しにて）、自動式ソー装置をプログラム化し且つ較正する。５ミルの厚さの丸形ソーブレードを装置内に設置する。ソーイングが開始すると、ソーは、ソーイング線に沿って動き、ウェハデバイスがソーイングされる。ソーイングされるにも拘らず、ウェハにおける個別のダイは、熱可塑性材料によりシリコンキャリアに強固に取り付けられたままであり、ダイの頂面はフォトレジストにより被覆されたままである。ソーイングした後、ウェハをウェハディッシュ内に配置し且つ、約５分間、アセトンに浸漬させ、フォトレジストを除去する。

次に、ウェハを約５分間、イソプロピルに浸漬させ、約５分間、９０℃にてＰＲＳ２００の浸漬剤に浸漬し、約２分間、ウェハを攪拌する。次に、ウェハを約５分間、脱イオン水中にてリンスし、約５分間、アセトンに浸漬させる。後者の浸漬により、熱可塑性材はキャリア基板及びチップの裏側から分離する。

新規な方法は、半導体ウェハの全体を半導体ダイにソーイングすることについて説明したが、当該技術の当業者が理解するように、この方法は、これにのみ限定されず、接着剤テープをキャリアとして採用する先行技術のソーイング方法と組み合せることができる。一例として、サファイアのような硬い材料の単一の大形ウェハをキャリアとして作用する接着剤テープに取り付け、次に、しばしば二次的切断と称されるように、従来の回転（ダイシング）ソーにて４つの大形の片にソーイングする。該ソーイングは、これらの半導体ダイをソーイングする間、ソーの回転ブレードに冷却剤の流れを向けることを含む。ウェハから切断された
４つの片は相対的に大きい寸法であるため、冷却剤流体の流れは、これらの大きい寸法の片を接着剤テープから強制的に分離させない。これら大形の片のアスペクト比は極めて小さい。これら４つのウェハの各々は、個別のチップを画成する適宜なソーイング線を有する。該最初の加工後、次に、４つのウェハ片の各々を本明細書に開示されたソーイング方法を使用して個別にソーイングし且つダイシングした。ウェハのそれぞれ４つの部分にて４つの異なる型式のチップを作製し、また、異なる型式のチップが異なる長さ及び幅のものであるならば、上記の手順が望ましい。次に、４つのウェハの各々をソーイングのため別個に取り扱う。このように、特許請求の範囲にて使用するように、ウェハという語は、ウェハ全体のみならず、ウェハの１つの部分又は部品も含むものと解釈すべきことを理解すべきである。

開示された方法の最大の有利な効果及び価値は、高硬度特徴を有する半導体基板にて形成された高アスペクト比の半導体ダイをダイシングする点にあるが、この方法は、その他の適用例を排除するものではない。通常の又は低硬度の材料及び（又は）個別のダイのアスペクト比が大きくない材料のウェハにて半導体ダイをダイシングするとき、複雑でない接着剤テープ方法に代えて、上記のソーイング方法を選ぶであろう状態が存する。

一例として、専門の幾つかの半導体製造メーカの場合、ある量のダイをテープに残して、顧客の注文の要求量を満足させるのに十分な多数の半導体を接着剤テープから摘み取る。次に、顧客が考え直して同一の半導体チップを使用する追加の半導体デバイスを購入することを希望するならば、将来の可能な時期、多分、数年後に使用するため、残りのダイを有するテープを保存しておく。このことは、特に、接着剤テープの製造メーカはその要領にてダイを保持することを推奨しないから、長時間保存するための最良の形態ではない。接着剤の特性は、時間と共に変化し、最終的に、接着剤は、半導体ダイに恒久的に接合し、ダイの除去を妨げることになる。これにも拘らず、一部の製造メーカは、その他の理由のため又は、全く理由なしに、その要領にて予備のダイを保存することを好む。開示されたより複雑な方法によれば、ダイは、熱可塑性材と共に、キャリア基板に取り付けられ、該材料は、時間の経過と共に特性を変化させない。このように、予備のダイをキャリア基板にて安全に保存し、微量の熱可塑性材により基板に対して保持され、このことは、本発明の有利な効果である。

新規なソーイング方法は、丸形ソーブレードのような切断工具にて使用される硬い材料の小型のチップを製造するため使用することができる。炭化ケイ素ソーブレードは、微細な炭化ケイ素の片を丸形ソーブレードの切刃に接着することにより製造される。炭化材料の硬度のため、ソーブレードの切断力は、著しく増大する。ソーの製造メーカが現在、これらの少片の炭化物をどのようにして得ているかを当該出願人は知らないが、当該出願人は、現在のソーイング方法を使用して炭化ケイ素のウェハから極めて小さい均一な寸法のものをソーイングすることが可能であると認識している。

同様に、サファイア（及びその他の半貴石材料）は、ファッションジュエリーにて使用される。これら材料の小さい片を本発明の方法を使用してかかる半貴石材料ウェハ又はスライスから切断し、指輪、ブローチ、ブレスレット、及びその他のジュエリーに使用することができる。理解し得るように、本発明は、小量のものを秩序立った要領にて保持し且つ使用し、必要とされる迄、微量の熱可塑性材料によりキャリア上に保持することができる。

本明細書にて使用した、ソーイングという語は、回転する丸形ソーブレードをソーイングされる片に当てがうことを意味することを意図することを理解すべきである。

本発明の好ましい実施の形態に関する上記の説明は、当該技術の当業者が不必要な実験を行なわずに、本発明を実施し且つ使用することを可能にするのに十分詳細であると考えられる。しかし、上記の目的のため提示された実施の形態を構成する要素の詳細は、本発明の範囲を何らかの意味にて限定することを意図するものではなく、その全ては、本発明の範囲に属するものであり、また、これらの要素及びその他のその形態変更例の等価物は、本明細書を読むことにより、当該技術の当業者に明らかになるであろう。このように、本発明は、特許請求の全範囲内にて広く解釈されるべきである。

チップが形成されたウェハから切断された個別のチップを示す正確な縮尺ではない図解図である。 ウェハに形成された個別のチップの境界を画成し得るようウェハの上面に標識されたソー線を示す正確な縮尺ではない図解図である。 新規な過程のフロー図である。 図３の過程におけるステップの１つを実行するために使用されることが好ましいステップのフロー図である。 図３の過程におけるステップの１つを実行するときに図４のステップの１つの代替例として使用することのできるステップのフロー図である。 ウェハ、熱可塑性材及びソーイング工程のため具体化された新規な過程にて切断されたキャリア基板サンドイッチ組立体を示す正確な縮尺ではない図解的断面図である。

Claims (18)

1. 結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法において、
   前記ウェハ、熱可塑性材料及び支持面の単一体組立体を形成し、前記熱可塑性材料は、前記ウェハ及び前記支持面の双方に接着し、前記支持面は、前記ウェハの一側部を覆う寸法であるようにするステップと、
   前記ウェハ及び熱可塑性材料を前記多数の片の外形線にて所定のパターンでソーイング（ｓａｗｉｎｇ）し、前記多数の片及び前記多数の片の各々の下方にある熱可塑性材料を前記ウェハから切断するステップであって、それぞれの熱可塑性材料片により前記多数の片が個別に前記支持面に取り付けられたままにしている前記ステップと、
   前記多数の片が前記支持面上に配備されたままにして、前記熱可塑性材料を除去するステップとを備える、結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法。
2. 請求項１に記載の結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法において、
   前記ウェハ及び熱可塑性材料をソーイングする前記ステップの間、冷却剤流体の流れを前記ウェハに向けるステップを更に備える、結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法。
3. 請求項１に記載の結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法において、
   前記熱可塑性材料を除去する前記ステップは、前記熱可塑性材料を化学的に溶解させるステップを更に備える、結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法。
4. 請求項１に記載の結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法において、
   前記ウェハの前記多数の片は、２対１以上のアスペクト比を有する、結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法。
5. 請求項１に記載の結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法において、
   前記ウェハは、８．０モーズ（Ｍｏｈｓ）以上の硬度を有する材料を備える、結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法。
6. 請求項５に記載の結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法において、
   前記ウェハの前記材料は、サファイアを備える、結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法。
7. 請求項１に記載の結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法において、
   前記単一体のサンドイッチを形成する前記ステップの前、前記ウェハの表面を保護層にて被覆するステップを更に備える、結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法。
8. 請求項７に記載の結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法において、
   前記保護層は、フォトレジストを備える、結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法。
9. 前記結晶状材料は、８モーズ以上の硬度を有し、前記ウェハを有する前記多数の片は、２：１以上のアスペクト比を有する、結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法において、
   前記ウェハの一側部を保護材料層にて被覆するステップと、
   前記ウェハ、熱可塑性材料及び支持面の単一体組立体を形成し、前記熱可塑性材料は、前記ウェハ及び前記支持面の双方に接着し、前記支持面は、前記ウェハの一側部を覆う寸法であるようにするステップと、
   前記ウェハ及び熱可塑性材料を前記多数の片の外形線にて所定のパターンでソーイングし且つ、これと同時に、冷却剤流体の流れを前記ウェハに向けて前記多数の片及び前記多数の片の各々の下方にある熱可塑性材料を前記ウェハから切断するステップであって、前記多数の片がそれぞれの熱可塑性材料片により個別に前記支持体に取り付けられたままにしている前記ステップと、
   前記保護材料層を化学的に溶解させるステップと、
   前記多数の片を前記支持面上に配備されたままにして、前記熱可塑性材料を化学的に溶解させるステップと、
   前記多数の片を前記支持面から除去するステップとを備える、結晶性材料のウェハを多数の片に切り離す方法。
10. 半導体チップが前記ウェハの前記一側部にて直線状のソーイング線の斜交線状格子（ｃｒｏｓｓ−ｈａｔｃｈｅｄ ｇｒｉｄ）により画成された複数の区画内に配置されるように、ウェハの一側部に一体に形成された複数の半導体チップを保持する半導体ウェハから個別の半導体チップを除去する方法において、
    前記複数の半導体チップを保持する前記半導体ウェハの一側部にフォトレジストを備える保護コーティングを施すステップと、
    接着剤として熱可塑性材料を使用して前記半導体ウェハの反対側部をキャリア基板に取り付けるステップと、
    冷却剤流体の流れをソーイングソーのブレードに向け且つ、前記半導体ウェハ上に向けるのと同時に、ウェハを前記直線状のソーイング線の各々に沿ってソーイングして、複数の矩形の片を形成するステップと、
    前記保護コーティングを除去するステップと、
    前記熱可塑性材料を除去するステップと、
    前記片を前記キャリアから個別に除去するステップとを備える、半導体ウェハから個別の半導体チップを除去する方法。
11. 請求項１０に記載の個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法において、
    保護コーティングを前記半導体ウェハの一側部に施す前記ステップは、
    フォトレジストの層であって、前記ソーイング線を前記半導体ウェハの前記側部にて観察することを許容するのに十分な透明な又は半透明の光学的特徴を有する前記フォトレジスト層を前記半導体ウェハの一側部に施すステップを備える、個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法。
12. 請求項１０に記載の個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法において、
    接着剤として熱可塑性材料を使用して前記半導体ウェハの反対側部をキャリア基板に取り付ける前記ステップは、
    前記半導体ウェハの反対側部を液体状態の熱可塑性材料にてコーティングするステップと、
    熱可塑材にてコーティングした半導体ウェハを加熱して前記熱可塑性材料を硬化させ且つ、固相の熱可塑材コーティングを形成するステップと、
    前記固相の熱可塑性コーティングを保持する前記半導体ウェハの前記側部を前記キャリア基板に対して押し付け且つ、該押し付け状態を続行しつつ、前記半導体ウェハ及びキャリア基板を前記熱可塑性材料の溶解温度まで加熱し、これにより、前記熱可塑性材料が液化するようにするステップと、
    前記半導体ウェハ及びキャリア基板を前記熱可塑性材料の前記溶解温度以下まで冷却し、これにより、前記熱可塑性材料が再凝固し且つ、前記半導体ウェハを前記基板キャリアに接合するステップとを備える、個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法。
13. 請求項１０に記載の個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法において、
    接着剤として熱可塑性材料を使用して前記半導体ウェハの反対側部をキャリア基板に取り付ける前記ステップは、
    熱可塑性材料のシートを前記キャリア基板に配置するステップと、
    前記半導体ウェハの反対側部を熱可塑性材料のシートに配置するステップと、
    前記半導体ウェハの円周の回りを伸びる線にて前記熱可塑性材料のシートを切断し、前記半導体ウェハの下方に位置する前記半導体ウェハの外形線に層を形成し、前記形成された層の外側の前記シートの余剰部分を廃棄するステップと、
    前記半導体ウェハの前記反対側部を熱可塑性材料の前記形成された層に対して押し付け且つ、該形成した層を通して前記キャリア基板に対して押し付け、該押し付けを続行しつつ、前記半導体ウェハ及びキャリア基板を前記熱可塑性材料の溶解温度まで加熱し、これにより、前記熱可塑性材料が液化するようにするステップと、
    前記半導体ウェハ及びキャリア基板を前記熱可塑性材料の前記溶解温度以下まで冷却し、これにより、前記熱可塑性材料が再凝固し且つ、前記半導体ウェハを前記基板キャリアに接合するステップとを備える、個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法。
14. 請求項１１に記載の個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法において、
    接着剤として熱可塑性材料を使用して前記半導体ウェハの反対側部をキャリア基板に取り付ける前記ステップは、
    前記半導体ウェハの反対側部を液体状態の熱可塑性材料にてコーティングするステップと、
    熱可塑材にてコーティングした半導体ウェハを加熱して前記熱可塑性材料を硬化させ且つ、固相の熱可塑性コーティングを形成するステップと、
    前記固相の熱可塑性コーティングを保持する前記半導体ウェハの前記側部を前記キャリア基板に対して押し付け、前記押し付けを続行しつつ、前記半導体ウェハ及びキャリア基板を前記熱可塑性材料の溶解温度まで加熱し、これにより、前記熱可塑性材料が液化するようにするステップと、次に、前記ウェハ、熱可塑性材及びキャリア基板を冷却して前記熱可塑性材を再凝固させるステップとを更に備える、個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法。
15. 請求項１４に記載の個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法において、
    前記フォトレジストを除去する前記ステップは、前記フォトレジストを化学的に溶解させるステップを更に備え、前記熱可塑性材料を除去する前記ステップは、前記熱可塑性材料を化学的に溶解させるステップを更に備える、個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法。
16. 請求項１５に記載の個別の半導体チップを除半導体ウェハから去する方法において、
    前記ウェハはサファイアを備える、個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法。
17. 請求項１５に記載の個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法において、
    前記ウェハは炭化ケイ素を備える、個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法。
18. 請求項１５に記載の個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法において、
    前記半導体チップは窒化ガリウムを備える、個別の半導体チップを半導体ウェハから除去する方法。

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