JP3935186B2

JP3935186B2 - 半導体基板の切断方法

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Publication number: JP3935186B2
Application number: JP2006013963A
Authority: JP
Inventors: 文嗣福世; 憲志福満; 直己内山; 隆二杉浦
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2006128723A

Description

本発明は、半導体デバイスの製造工程等において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。

従来におけるこの種の技術として、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。まず、半導体ウェハの裏面にダイボンド樹脂層を介して粘着シートを貼り付け、この粘着シート上に半導体ウェハを保持させた状態でブレードにより半導体ウェハを切断して半導体チップを得る。そして、粘着シート上の半導体チップをピックアップする際に、ダイボンド樹脂を個々の半導体チップと共に粘着シートから剥離させる。これにより、半導体チップの裏面に接着剤を塗布するなどの工程を省略して、半導体チップをリードフレーム上に接着することが可能になる。
特開２００２−１５８２７６号公報特開２０００−１０４０４０号公報

しかしながら、上述したような技術においては、粘着シート上に保持された半導体ウェハをブレードによって切断する際に、粘着シートは切断しないようにする一方で、半導体ウェハと粘着シートとの間に存在するダイボンド樹脂層は確実に切断する必要がある。そのため、このような場合のブレードによる半導体ウェハの切断は、特に慎重を期すべきものとなる。

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、ダイボンド樹脂層を介在させてシートが貼り付けられた半導体基板をダイボンド樹脂層と共に効率良く切断することの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の切断方法であって、半導体基板の内部に、集光点におけるピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で、切断予定ラインに沿ってレーザ光を照射することにより、半導体基板の内部に形成される一旦溶融後再固化した領域である溶融処理領域により切断予定部を形成する工程と、ダイボンド樹脂層を介して半導体基板の裏面に貼られたシートを拡張させることにより、切断予定部に沿って、半導体基板の厚さ方向に割れを発生させて、半導体基板を、機能素子をそれぞれ有する半導体チップに切断するとともに、シートの拡張に伴って、半導体チップの対向する切断面を離間させ、ダイボンド樹脂層も前記切断予定部に沿って切断する工程とを含むことを特徴とする。

この半導体基板の切断方法においては、半導体基板の内部に、集光点におけるピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で、切断予定ラインに沿ってレーザ光を照射することにより、半導体基板の内部に形成される一旦溶融後再固化した領域である溶融処理領域により切断予定部を形成することができる。そして、ダイボンド樹脂層を介して半導体基板に貼られたシートを拡張させることにより、切断予定部に沿って、半導体基板の厚さ方向に割れを発生させて、半導体基板を、機能素子をそれぞれ有する半導体チップに切断するとともに、シートの拡張に伴って、半導体チップの対向する切断面を離間させ、ダイボンド樹脂層も前記切断予定部に沿って切断される。これにより、切断予定ラインに沿って、比較的小さな力で、半導体基板及びダイボンド樹脂層を精度よく切断することができる。

また、切断予定部を形成する工程において、切断予定ラインを含む面を撮像することを伴う場合は、撮像されたデータによって、切断予定部の形成を制御することができる。

本発明に係る半導体基板の切断方法によれば、ダイボンド樹脂層を介在させてシートが貼り付けられた半導体基板をダイボンド樹脂層と共に効率良く切断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、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態に係る半導体基板の切断方法では、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により、半導体基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成し、この改質領域でもって切断予定部を形成する。そこで、本実施形態に係る半導体基板の切断方法の説明に先立って、切断予定部を形成するために実施されるレーザ加工方法について多光子吸収を中心に説明する。

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／ｃｍ²）で決まり、例えばピークパワー密度が１×１０⁸（Ｗ／ｃｍ²）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／ｃｍ²）で決まる。

このような多光子吸収を利用する本実施形態に係るレーザ加工の原理について、図１〜図６を参照して説明する。図１はレーザ加工中の半導体基板１の平面図であり、図２は図１に示す半導体基板１のII−II線に沿った断面図であり、図３はレーザ加工後の半導体基板１の平面図であり、図４は図３に示す半導体基板１のIV−IV線に沿った断面図であり、図５は図３に示す半導体基板１のV−V線に沿った断面図であり、図６は切断された半導体基板１の平面図である。

図１及び図２に示すように、半導体基板１の表面３には、半導体基板１を切断すべき所望の切断予定ライン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（半導体基板１に実際に線を引いて切断予定ライン５としてもよい）。本実施形態に係るレーザ加工は、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を半導体基板１に照射して改質領域７を形成する。なお、集光点とはレーザ光Ｌが集光した箇所のことである。

レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち矢印Ａ方向に沿って）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の内部にのみ形成され、この改質領域７でもって切断予定部９が形成される。本実施形態に係るレーザ加工方法は、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の切断において、切断する箇所に起点があると半導体基板１はその起点から割れるので、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の切断が可能となる。

なお、切断予定部を起点とした半導体基板の切断には、次の２通りが考えられる。１つは、切断予定部形成後、半導体基板に人為的な力が印加されることにより、切断予定部を起点として半導体基板が割れ、半導体基板が切断される場合である。これは、例えば半導体基板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、半導体基板の切断予定部に沿って半導体基板に曲げ応力やせん断応力を加えたり、半導体基板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、切断予定部を形成することにより、切断予定部を起点として半導体基板の断面方向（厚さ方向）に向かって自然に割れ、結果的に半導体基板が切断される場合である。これは、例えば半導体基板の厚さが小さい場合には、１列の改質領域により切断予定部が形成されることで可能となり、半導体基板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により切断予定部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、切断予定部が形成されていない部位に対応する部分の表面上にまで割れが先走ることがなく、切断予定部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、次に説明する溶融処理領域がある。

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１×１０⁸（Ｗ／ｃｍ²）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。電界強度の上限値としては、例えば１×１０¹²（Ｗ／ｃｍ²）である。パルス幅は例えば１ｎｓ〜２００ｎｓが好ましい。

本発明者は、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^-8ｃｍ²
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：ＴＥＭ₀₀
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、溶融処理領域でもって形成される切断予定部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。なお、切断予定部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、切断予定部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、切断予定部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。半導体基板の内部に溶融処理領域でもって切断予定部を形成すると、割断時、切断予定部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。

次に、上述したレーザ加工方法に使用されるレーザ加工装置について、図９を参照して説明する。図９はレーザ加工装置１００の概略構成図である。

レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、レーザ光Ｌの反射機能を有しかつレーザ光Ｌの光軸の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、ダイクロイックミラー１０３で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光用レンズ１０５と、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される半導体基板１が載置される載置台１０７と、載置台１０７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ１０９と、載置台１０７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ１１１と、載置台１０７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させるためのＺ軸ステージ１１３と、これら３つのステージ１０９，１１１，１１３の移動を制御するステージ制御部１１５とを備える。

Ｚ軸方向は半導体基板１の表面３と直交する方向なので、半導体基板１に入射するレーザ光Ｌの焦点深度の方向となる。よって、Ｚ軸ステージ１１３をＺ軸方向に移動させることにより、半導体基板１の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせることができる。また、この集光点ＰのＸ（Ｙ）軸方向の移動は、半導体基板１をＸ（Ｙ）軸ステージ１０９（１１１）によりＸ（Ｙ）軸方向に移動させることにより行う。

レーザ光源１０１はパルスレーザ光を発生するＮｄ：ＹＡＧレーザである。レーザ光源１０１に用いることができるレーザとして、この他、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやチタンサファイアレーザがある。溶融処理領域を形成する場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザを用いるのが好適である。本実施形態では、半導体基板１の加工にパルスレーザ光を用いているが、多光子吸収を起こさせることができるなら連続波レーザ光でもよい。

レーザ加工装置１００はさらに、載置台１０７に載置された半導体基板１を可視光線により照明するために可視光線を発生する観察用光源１１７と、ダイクロイックミラー１０３及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された可視光用のビームスプリッタ１１９とを備える。ビームスプリッタ１１９と集光用レンズ１０５との間にダイクロイックミラー１０３が配置されている。ビームスプリッタ１１９は、可視光線の約半分を反射し残りの半分を透過する機能を有しかつ可視光線の光軸の向きを９０°変えるように配置されている。観察用光源１１７から発生した可視光線はビームスプリッタ１１９で約半分が反射され、この反射された可視光線がダイクロイックミラー１０３及び集光用レンズ１０５を透過し、半導体基板１の切断予定ライン５等を含む表面３を照明する。

レーザ加工装置１００はさらに、ビームスプリッタ１１９、ダイクロイックミラー１０３及び集光用レンズ１０５と同じ光軸上に配置された撮像素子１２１及び結像レンズ１２３を備える。撮像素子１２１としては例えばＣＣＤカメラがある。切断予定ライン５等を含む表面３を照明した可視光線の反射光は、集光用レンズ１０５、ダイクロイックミラー１０３、ビームスプリッタ１１９を透過し、結像レンズ１２３で結像されて撮像素子１２１で撮像され、撮像データとなる。

レーザ加工装置１００はさらに、撮像素子１２１から出力された撮像データが入力される撮像データ処理部１２５と、レーザ加工装置１００全体を制御する全体制御部１２７と、モニタ１２９とを備える。撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして観察用光源１１７で発生した可視光の焦点を表面３上に合わせるための焦点データを演算する。この焦点データを基にしてステージ制御部１１５がＺ軸ステージ１１３を移動制御することにより、可視光の焦点が表面３に合うようにする。よって、撮像データ処理部１２５はオートフォーカスユニットとして機能する。また、撮像データ処理部１２５は、撮像データを基にして表面３の拡大画像等の画像データを演算する。この画像データは全体制御部１２７に送られ、全体制御部で各種処理がなされ、モニタ１２９に送られる。これにより、モニタ１２９に拡大画像等が表示される。

全体制御部１２７には、ステージ制御部１１５からのデータ、撮像データ処理部１２５からの画像データ等が入力し、これらのデータも基にしてレーザ光源制御部１０２、観察用光源１１７及びステージ制御部１１５を制御することにより、レーザ加工装置１００全体を制御する。よって、全体制御部１２７はコンピュータユニットとして機能する。

以上のように構成されたレーザ加工装置１００による切断予定部の形成手順について、図９及び図１０を参照して説明する。図１０は、レーザ加工装置１００による切断予定部の形成手順を説明するためのフローチャートである。

半導体基板１の光吸収特性を図示しない分光光度計等により測定する。この測定結果に基づいて、半導体基板１に対して透明な波長又は吸収の少ない波長のレーザ光Ｌを発生するレーザ光源１０１を選定する（Ｓ１０１）。続いて、半導体基板１の厚さを測定する。厚さの測定結果及び半導体基板１の屈折率を基にして、半導体基板１のＺ軸方向の移動量を決定する（Ｓ１０３）。これは、レーザ光Ｌの集光点Ｐを半導体基板１の内部に位置させるために、半導体基板１の表面３に位置するレーザ光Ｌの集光点Ｐを基準とした半導体基板１のＺ軸方向の移動量である。この移動量は全体制御部１２７に入力される。

半導体基板１をレーザ加工装置１００の載置台１０７に載置する。そして、観察用光源１１７から可視光を発生させて半導体基板１を照明する（Ｓ１０５）。照明された切断予定ライン５を含む半導体基板１の表面３を撮像素子１２１により撮像する。切断予定ライン５は、半導体基板１を切断すべき所望の仮想線である。撮像素子１２１により撮像された撮像データは撮像データ処理部１２５に送られる。この撮像データに基づいて撮像データ処理部１２５は観察用光源１１７の可視光の焦点が表面３に位置するような焦点データを演算する（Ｓ１０７）。

この焦点データはステージ制御部１１５に送られる。ステージ制御部１１５は、この焦点データを基にしてＺ軸ステージ１１３をＺ軸方向の移動させる（Ｓ１０９）。これにより、観察用光源１１７の可視光の焦点が半導体基板１の表面３に位置する。なお、撮像データ処理部１２５は撮像データに基づいて、切断予定ライン５を含む半導体基板１の表面３の拡大画像データを演算する。この拡大画像データは全体制御部１２７を介してモニタ１２９に送られ、これによりモニタ１２９に切断予定ライン５付近の拡大画像が表示される。

全体制御部１２７には予めステップＳ１０３で決定された移動量データが入力されており、この移動量データがステージ制御部１１５に送られる。ステージ制御部１１５はこの移動量データに基づいて、レーザ光Ｌの集光点Ｐが半導体基板１の内部となる位置に、Ｚ軸ステージ１１３により半導体基板１をＺ軸方向に移動させる（Ｓ１１１）。

続いて、レーザ光源１０１からレーザ光Ｌを発生させて、レーザ光Ｌを半導体基板１の表面３の切断予定ライン５に照射する。レーザ光Ｌの集光点Ｐは半導体基板１の内部に位置しているので、溶融処理領域は半導体基板１の内部にのみ形成される。そして、切断予定ライン５に沿うようにＸ軸ステージ１０９やＹ軸ステージ１１１を移動させて、切断予定ライン５に沿うよう形成された溶融処理領域でもって切断予定ライン５に沿う切断予定部を半導体基板１の内部に形成する（Ｓ１１３）。

以上により、レーザ加工装置１００による切断予定部の形成が終了し、半導体基板１の内部に切断予定部が形成される。半導体基板１の内部に切断予定部が形成されると、比較的小さな力で切断予定部を起点として半導体基板１の厚さ方向に割れを発生させることができる。

次に、本実施形態に係る半導体基板の切断方法について説明する。なお、ここでは、半導体基板として半導体ウェハであるシリコンウェハ１１を用いた。

まず、図１１（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の裏面１７を覆うよう、この裏面１７に粘着シート２０を貼り付ける。この粘着シート２０は、厚さ１００μｍ程度の基材２１を有し、この基材２１上には、層厚数μｍ程度のＵＶ硬化樹脂層２２が設けられている。さらに、このＵＶ硬化樹脂層２２上には、ダイボンデイング用接着剤として機能するダイボンド樹脂層２３が設けられている。なお、シリコンウェハ１１の表面３には、複数の機能素子がマトリックス状に形成されている。ここで、機能素子とは、フォトダイオード等の受光素子やレーザダイオード等の発光素子、或いは回路として形成された回路素子等を意味する。

続いて、図１１（ｂ）に示すように、例えば上述のレーザ加工装置１００を用いてシリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせて表面３側からレーザ光を照射することにより、シリコンウェハ１１の内部に改質領域である溶融処理領域１３を形成し、この溶融処理領域１３でもって切断予定部９を形成する。この切断予定部９の形成において、レーザ光はシリコンウェハ１１の表面３にマトリックス状に配置された複数の機能素子の間を走るように照射され、これにより、切断予定部９は隣り合う機能素子間の真下を走るよう格子状に形成される。

切断予定部９の形成後、図１２（ａ）に示すように、シート拡張手段３０によって、粘着シート２０の周囲を外側に向かって引っ張るようにして粘着シート２０を拡張させる。この粘着シート２０のエキスパンドによって、切断予定部９を起点として厚さ方向に割れが発生し、この割れがシリコンウェハ１１の表面３と裏面１７とに到達することになる。これにより、シリコンウェハ１１が機能素子毎に精度良く切断され、機能素子を１つ有した半導体チップ２５が得られる。

また、このとき、隣り合う半導体チップ２５，２５の対向する切断面２５ａ，２５ａは、初めは密着した状態にあり、粘着シート２０の拡張に伴って離間していくことになるため、シリコンウェハ１１の切断と同時に、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も切断予定部９に沿って切断される。

なお、シート拡張手段３０は、切断予定部９の形成時にシリコンウェハ１１が載置されるステージに設けられている場合と、そのステージに設けられていない場合とがある。そのステージに設けられていない場合、そのステージ上に載置されたシリコンウェハ１１は、切断予定部９の形成後、シート拡張手段３０が設けられた他のステージ上に搬送手段によって搬送される。

粘着シート２０のエキスパンド終了後、図１２（ｂ）に示すように、粘着シート２０に裏面側から紫外線を照射し、ＵＶ硬化樹脂層２２を硬化させる。これにより、ＵＶ硬化樹脂層２２とダイボンド樹脂層２３との密着力が低下することになる。なお、この紫外線の照射は、粘着シート２０のエキスパンド開始前に行ってもよい。

続いて、図１３（ａ）に示すように、ピックアップ手段である吸着コレット等を用いて半導体チップ２５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２５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ＵＶ硬化樹脂層２２との密着力が低下しているため、半導体チップ２５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１３（ｂ）に示すように、半導体チップ２５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２７のダイパッド上に載置し、加熱によりフィラー接合する。

以上のように、シリコンウェハ１１の切断方法においては、多光子吸収により形成された溶融処理領域１３でもって、シリコンウェハ１１を切断すべき所望の切断予定ラインに沿うようシリコンウェハ１１の内部に切断予定部９を形成している。そのため、シリコンウェハ１１に貼り付けられた粘着シート２０をエキスパンドすると、切断予定部９に沿ってシリコンウェハ１１が精度良く切断され、半導体チップ２５が得られる。このとき、隣り合う半導体チップ２５，２５の対向する切断面２５ａ，２５ａは、初めは密着した状態にあり、粘着シート２０の拡張に伴って離間していくため、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も切断予定部９に沿って切断されることになる。したがって、基材２１を切断しないようにしてシリコンウェハ１１及びダイボンド樹脂層２３をブレードにより切断するような場合に比べ、はるかに効率良くシリコンウェハ１１及びダイボンド樹脂層２３を切断予定部９に沿って切断することが可能になる。

しかも、隣り合う半導体チップ２５，２５の対向する切断面２５ａ，２５ａが初めは互いに密着しているがために、切断された個々の半導体チップ２５と切断された個々のダイボンド樹脂層２３とがほぼ同一の外形となり、各半導体チップ２５の切断面２５ａからダイボンド樹脂がはみ出るようなことも防止される。

以上のシリコンウェハ１１の切断方法は、図１４（ａ）に示すように、粘着シート２０をエキスパンドする前までは、切断予定部９を起点とした割れがシリコンウェハ１１に発生しない場合であったが、図１４（ｂ）に示すように、粘着シート２０をエキスパンドする前に、切断予定部９を起点とした割れ１５を発生させ、この割れ１５をシリコンウェハ１１の表面３と裏面１７とに到達させてもよい。この割れ１５を発生させる方法としては、例えばナイフエッジ等の応力印加手段を切断予定部９に沿ってシリコンウェハ１１の裏面１７に押し当てることで、切断予定部９に沿ってシリコンウェハ１１に曲げ応力やせん断応力を生じさせる方法や、シリコンウェハ１１に温度差を与えることで切断予定部９に沿ってシリコンウェハ１１に熱応力を生じさせる方法などがある。

このように、切断予定部９の形成後、切断予定部９に沿ってシリコンウェハ１１にストレスを生じさ、切断予定部９に沿ってシリコンウェハ１１を切断しておくと、極めて精度良く切断された半導体チップ２５を得ることができる。そして、この場合においても、シリコンウェハ１１に貼り付けられた粘着シート２０を拡張させると、隣り合う半導体チップ２５，２５の対向する切断面２５ａ，２５ａが、互いに密着した状態から、粘着シート２０の拡張に伴って離間していくため、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は切断面２５ａに沿って切断されることになる。したがって、この切断方法によっても、基材２１を切断しないようにしてシリコンウェハ１１及びダイボンド樹脂層２３をブレードにより切断するような場合に比べれば、はるかに効率良くシリコンウェハ１１及びダイボンド樹脂層２３を切断予定部９に沿って切断することが可能になる。

なお、シリコンウェハ１１の厚さが薄くなると、切断予定部９に沿ってストレスを生じさせなくても、図１４（ｂ）に示すように、切断予定部９を起点とした割れ１５がシリコンウェハ１１の表面３と裏面１７とに到達する場合がある。

また、図１５（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部における表面３近傍に溶融処理領域１３による切断予定部９を形成し、表面３に割れ１５を到達させておけば、切断して得られる半導体チップ２５の表面（すなわち、機能素子形成面）の切断精度を極めて高くすることができる。一方、図１５（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１の内部における裏面１７近傍に溶融処理領域１３による切断予定部９を形成し、裏面１７に割れ１５を到達させておけば、粘着シート２０のエキスパンドによってダイボンド樹脂層２３を精度良く切断することができる。

次に、粘着シート２０として、リンテック株式会社の「ＬＥ−５０００（商品名）」を用いた場合の実験結果について説明する。図１６及び図１７は、シリコンウェハ１１の内部に溶融処理領域１３による切断予定部９を形成した後、粘着シート２０をエキスパンドした際の一連の状態を示す模式図であり、図１６（ａ）は粘着シート２０のエキスパンド開始直後の状態、図１６（ｂ）は粘着シート２０のエキスパンド中の状態、図１７（ａ）は粘着シート２０のエキスパンド終了後の状態、図１７（ｂ）は半導体チップ２５のピックアップ時の状態である。

図１６（ａ）に示すように、粘着シート２０のエキスパンド開始直後においては、シリコンウェハ１１は切断予定部９に沿って切断され、隣り合う半導体チップ２５の対向する切断面２５ａ，２５ａは密着した状態にある。このとき、ダイボンド樹脂層２３はまだ切断されていない。そして、図１６（ｂ）に示すように、粘着シート２０の拡張に伴って、ダイボンド樹脂層２３は引き千切られるようにして切断予定部９に沿って切断されていく。

このようにして粘着シート２０のエキスパンドが終了すると、図１７（ａ）に示すように、ダイボンド樹脂層２３も個々の半導体チップ２５毎に切断される。このとき、互いに離間した半導体チップ２５，２５間の粘着シート２０の基材２１上には、ダイボンド樹脂層２３の一部２３ｂが薄く残っていた。また、半導体チップ２５と共に切断されたダイボンド樹脂層２３の切断面２３ａは、半導体チップ２５の切断面２５ａを基準として若干凹状となっていた。これにより、各半導体チップ２５の切断面２５ａからのダイボンド樹脂のはみ出しが確実に防止される。そして、図１７（ｂ）に示すように、吸着コレット等を用いて半導体チップ２５を切断されたダイボンド樹脂層２３と共にピックアップすることができた。

なお、ダイボンド樹脂層２３が非伸縮性の材料からなるような場合などには、図１８に示すように、互いに離間した半導体チップ２５，２５間の粘着シート２０の基材２１上にはダイボンド樹脂層２３が残らない。これにより、半導体チップ２５の切断面２５ａと、その裏面に密着したダイボンド樹脂層２３の切断面２３ａとをほぼ一致させることができる。

また、図１９（ａ）に示すように、基材２１及びＵＶ硬化樹脂層２２を有してなる粘着シート２０を、そのＵＶ硬化樹脂層２２を介してシリコンウェハ１１の裏面１７に貼り付け、溶融処理領域１３による切断予定部９を形成した後、図１９（ｂ）に示すように、粘着シート２０の周囲を外側に向かって拡張させることで、シリコンウェハ１１を半導体チップ２５に切断してもよい。この場合にも、粘着シート２０を残してシリコンウェハ１１をブレードにより切断するような場合に比べ、はるかに効率良くシリコンウェハ１１を切断予定部９に沿って精度良く切断することが可能になる。

そして、基材２１及びＵＶ硬化樹脂層２２を有してなる粘着シート２０を用いたシリコンウェハ１１の切断方法においても、図１９を参照して説明したように、粘着シート２０をエキスパンドする前までは、切断予定部９を起点とした割れがシリコンウェハ１１に発生しない場合だけでなく、図２０に示すように、粘着シート２０をエキスパンドする（図２０（ｂ））前に、切断予定部９を起点とした割れ１５をシリコンウェハ１１の表面３と裏面１７とに到達させてもよい（図２０（ａ））。また、図２１に示すように、粘着シート２０をエキスパンドする（図２１（ｂ））前に、切断予定部９を起点とした割れ１５をシリコンウェハ１１の表面３に到達させてもよいし（図２１（ａ））、或いは図２２に示すように、粘着シート２０をエキスパンドする（図２２（ｂ））前に、切断予定部９を起点とした割れ１５をシリコンウェハ１１の裏面１７に到達させてもよい（図２２（ａ））。

本実施形態に係る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線に沿った断面図である。本実施形態に係る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線に沿った断面図である。図３に示す半導体基板のV−V線に沿った断面図である。本実施形態に係る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。本実施形態に係るレーザ加工方法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。本実施形態に係る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。本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。本実施形態に係るレーザ加工装置による切断予定部の形成手順を説明するためのフローチャートである。本実施形態に係るシリコンウェハ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粘着シートが貼り付けられた状態、（ｂ）はシリコンウェハの内部に溶融処理領域による切断予定部が形成された状態である。本実施形態に係るシリコンウェハの切断方法を説明するための模式図であり、（ａ）は粘着シートがエキスパンドされた状態、（ｂ）は粘着シートに紫外線が照射された状態である。本実施形態に係るシリコンウェハの切断方法を説明するための模式図であり、（ａ）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た状態、（ｂ）は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である。本実施形態に係るシリコンウェハの切断方法におけるシリコンウェハと切断予定部との関係を示す模式図であり、（ａ）は切断予定部を起点とした割れが発生していない状態、（ｂ）は切断予定部を起点とした割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達している状態である。本実施形態に係るシリコンウェハの切断方法におけるシリコンウェハと切断予定部との関係を示す模式図であり、（ａ）は切断予定部を起点とした割れがシリコンウェハの表面に到達している状態、（ｂ）は切断予定部を起点とした割れがシリコンウェハの裏面に到達している状態である。本実施形態に係るシリコンウェハの切断方法の一実施例を説明するための模式図であり、（ａ）は粘着シートのエキスパンド開始直後の状態、（ｂ）は粘着シートのエキスパンド中の状態である。本実施形態に係るシリコンウェハの切断方法の一実施例を説明するための模式図であり、（ａ）は粘着シートのエキスパンド終了後の状態、（ｂ）は半導体チップのピックアップ時の状態である。本実施形態に係るシリコンウェハの切断方法の他の実施例を説明するための模式図である。本実施形態に係るシリコンウェハの切断方法の更に他の実施例において切断予定部を起点とした割れが発生しない場合を説明するための図であり、（ａ）は溶融処理領域による切断予定部が形成された後の状態、（ｂ）は粘着シートがエキスパンドされた状態である。本実施形態に係るシリコンウェハの切断方法の更に他の実施例において切断予定部を起点とした割れがシリコンウェハの表面と裏面とに到達する場合を説明するための図であり、（ａ）は溶融処理領域による切断予定部が形成された後の状態、（ｂ）は粘着シートがエキスパンドされた状態である。本実施形態に係るシリコンウェハの切断方法の更に他の実施例において切断予定部を起点とした割れがシリコンウェハの表面に到達する場合を説明するための図であり、（ａ）は溶融処理領域による切断予定部が形成された後の状態、（ｂ）は粘着シートがエキスパンドされた状態である。本実施形態に係るシリコンウェハの切断方法の更に他の実施例において切断予定部を起点とした割れがシリコンウェハの裏面に到達する場合を説明するための図であり、（ａ）は溶融処理領域による切断予定部が形成された後の状態、（ｂ）は粘着シートがエキスパンドされた状態である。

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、９…切断予定部、１１…シリコンウェハ、１３…溶融処理領域、１５…割れ、１７…裏面、２０…粘着シート、２１…基材、２３…ダイボンド樹脂層、２５…半導体チップ、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。

Claims

表面に機能素子が形成された半導体基板の切断方法であって、前記半導体基板の内部に、集光点におけるピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で、切断予定ラインに沿ってレーザ光を照射することにより、前記半導体基板の内部に形成される一旦溶融後再固化した領域である溶融処理領域により切断予定部を形成する工程と、
ダイボンド樹脂層を介して前記半導体基板の裏面に貼られたシートを拡張させることにより、前記切断予定部に沿って、前記半導体基板の厚さ方向に割れを発生させて、前記半導体基板を、前記機能素子をそれぞれ有する半導体チップに切断するとともに、前記シートの拡張に伴って、前記半導体チップの対向する切断面を離間させ、前記ダイボンド樹脂層も前記切断予定部に沿って切断する工程とを含む半導体基板の切断方法。
前記切断予定部を形成する工程において、前記切断予定ラインを含む面を撮像することを伴う、請求項１に記載の半導体基板の切断方法。