JP4335591B2

JP4335591B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4335591B2
Application number: JP2003174363A
Authority: JP
Inventors: 範行大録; 均小田島; 康介井上; 徹三田; 博本間; 忠一宮崎
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: JP2005011984A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体装置の製造工程におけるパッケージング工程でのチップ切断に適用する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハのダイシング工程に於いては例えば特開２００３−５９８６４号公報に記載のように高速で回転するダイシングブレードによりウェハを切断する方法が用いられてきた。また、例えば特開２００２−１９２３６８号公報に記載のようにレーザ加工装置によりウェハを部分的に改質し外力により割断する方法も知られていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−５９８６４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９２３６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来技術では、近年多用されつつある薄形の半導体チップを製造する場合、チップの割れやかけを防止するためにダイシングブレードの砥粒として従来より細かいものを選択する必要がある。この場合、研削速度が低下するためダイシングブレードの送り速度を低く設定する。この結果、薄形の半導体チップを製造する場合はチップ切断工程に要する時間が延び、生産性が低下する問題があった。また、第１の従来技術では小形の半導体チップを製造する場合には、チップの粘着面積が低下するため、ダイシング中のチップの剥離や脱落を防止する目的で、ダイシングブレードの切り込み力を低下させる必要がある。この場合も砥粒の研削力が低下するためダイシングブレードの送り速度を低く設定する。このため小形の半導体チップを製造する場合は、チップ切断工程に要する時間が延び、生産性が低下する問題があった。
【０００５】
一方、第２の従来技術では、割断のきっかけとなる部分的な改質領域の形成にはレーザ照射を用いるため、薄形の半導体チップを製造する場合でも加工速度の低下が問題とならない。しかしながら、この従来技術ではチップの個片化に際し、ダイシングテープを介して裏面から加圧ニードルを押し当てて割断を起こす方法と温度変化を与えて行う方法が記載されているのみで、特に小形の半導体チップを確実に割断する目的については十分な考慮がなされておらず、例えば厚さ０．０５ｍｍ、チップサイズ０．５×０．５ｍｍの薄形かつ小形の半導体チップを製造する目的では使用できないと言う欠点があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記のような薄形かつ小形の半導体チップの製造においても使用できる高速で確実なチップ切断技術を提供し、半導体装置の製造を容易ならしめることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、レーザ照射や表面微細加工による部分的な改質若しくは欠損による応力集中部位を起点として、以下に示す方法により、高速かつ確実な割断を実現することにより、薄形かつ小形の半導体チップの製造においても使用できる高速で確実なチップ切断技術を提供し、半導体装置の製造を容易ならしめる。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、予め分割対象部分の表面若しくは内部に脆弱部が設けられたウェハをテープ状フィルムの上に貼り付けられた被対象物から個々の半導体装置を分割して前記テープ状フィルムから剥離して製造する半導体装置の製造方法であって、前記被対象物に対して前記テープ状フィルムを拡張する拡張工程と、該拡張工程で前記テープ状フィルムを拡張させた被対象物に対して分割対象の半導体装置に超音波振動を印加して前記分割対象の半導体装置の周辺の脆弱部に対して高周波の繰り返し応力を発生させて前記分割対象の半導体装置の周辺で割断して前記テープ状フィルムから剥離する超音波印加工程とを有し、前記超音波印加工程において、前記超音波振動を前記分割対象の半導体装置に印加する際、部分吸着パッドにより前記テープ状フィルムを介して前記分割対象の半導体装置の周辺を吸着固定し、さらに、前記超音波振動を前記分割対象の半導体装置における回路形成面と反対の裏面に直接印加することを特徴とする。
また、本発明は、前記超音波印加工程において、前記部分吸着パッドは複数の部分吸着パッドによって形成し、前記超音波振動を前記分割対象の半導体装置に印加して遮断した後、前記複数の部分吸着パッドの各々を前記分割対象の半導体装置から引き離すことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について図１を用いて説明する。
【００１４】
例として、厚さ５０μｍに加工した回路形成済み２００ｍｍシリコンウェハ基板を、０．５ｍｍ×０．５ｍｍのチップに分割してＬＳＩチップを得る場合を説明する。なお、以降の図ではチップ厚さが極端に薄く、チップサイズもウェハに比して微小であるため図面上は正確な比率を保つことはできず、模式的に図示している。
【００１５】
テープ１５０に貼り付けられた薄加工済みのウェハ１００はテープ１５０をテープ枠１６０に張られることにより平坦に保たれている。このウェハ１００は先行する工程によりチップ分割を予定している部位に、ウェハ内部若しくは表面に欠陥を設けてあり、それ以外の部分に比して外部応力に対して脆弱になっている。このテープ枠１５０は図１（ａ）ｓｔｅｐ１に示すようにテープ枠チャック２０１に挟み込まれることにより固定されている。
【００１６】
次に図１（ｂ）ｓｔｅｐ２に示すごとくテープ１５０のテープ枠１６０近傍に配置された拡張リング３０１ａがテープ１５０を下面から押し上げることによりテープ１５０を引き延ばす。この時点で、ウェハ１００にはテープの張力が伝わることにより、多数存在するチップ分割部位が部分的に破断し、複数のチップ１０２が連結した状態である分割中のチップ群１０１となる。
【００１７】
しかる後、図１（ｃ）ｓｔｅｐ３に示すように拡張リング３０１ａの内周に入り込む位置にテープ枠３０１ｂがテープ１５０の外周付近を押し下げることにより更にテープ１５０を引き延ばす。この時点で、チップの分割が進み、一部には単体のチップ１０２に分割されたものも発生するが、分割中のチップ群１０１の状態のチップも混在する。さらに、同様に図１（ｄ）において拡張リング３０１ｃが更にテープ１５０を引き延ばす。この状態ではテープ１５０の拡張が十分進展し、ウェハ１００はチップ１０２に分割された状態となる。
【００１８】
従来使用されてきたダイシング用のテープ枠は２００ｍｍウェハ用では高々内径３００ｍｍの枠を使用しているが、本実施例のように、２００ｍｍウェハを０．５ｍｍ×０．５ｍｍの微小なチップに分割する場合、十分なテープ１５０の拡張が得られない。この例では２００ｍｍウェハは直径方向に４００本もの分割領域を有し脆弱部が細かく散在するため、従来の長さ方向で数％から１０数％程度のテープ拡張では先に破断した部位のテープ１５０が集中して延びるため、全体に平均的な伸展が得られず、テープ拡張工程後も、分割中のチップ群１０１の状態が残り、次工程にて確実にチップ１０２を得ることができない。
【００１９】
そこで、本実施例のテープ枠１６０は内径を２００ｍｍウェハに対しては３００ｍｍ以上、できれば４００ｍｍ程度とし、複数の拡張リング３０１を用いることでテープ１５０を長さ方向で５０％以上伸展する。これにより、テープ１５０の伸展のムラが生じても、全面に渡って確実にチップ１０２を得ることができる。
【００２０】
本実施例ではテープ枠１６０の形状を変えることで、容易に微細なＬＳＩチップを得ることができる利点がある。
【００２１】
反面、従来一般に使用されているダイシング枠と寸法が異なる専用の枠を用いること、ダイシングテープとして平均５０％以上の伸展に耐える特性のテープを選択し、かつ従来のダイシングに比して２倍程度の面積使用する点で不利がある。そこで、本発明の第２の実施例として上記に課題に対応した例を、図２に示す。本実施例では、部分的に脆弱な部位を設けた回路形成済みのウェハ１００は従来のダイシング用テープ枠と同様のテープ枠１６０に貼られる。このテープ枠１６０はテープ枠ステージ２０２に載置されテープ枠チャック２０１により押さえ込まれている。テープ枠チャック２０１は部分的に段差を有しており、テープ枠１６０は概ねテープ枠ステージ２０２に同心で固定されている。図２（ａ）に示すように、テープ１５０の外周部をテープカッター２０３により円形に切り抜き、テープ枠１６０からウェハ１００およびテープ１５０を切り離す。
【００２２】
しかる後、円形のテープ１５０の外周部を多数のテープチャック３０２によりチャックする。図２（ｂ）では外周部２４ヶ所をチャックしている。しかる後、これらのテープチャック３０２を外方向へ放射状に動かすことによりテープ１５０を概ね均等に引き延ばす。これにより、脆弱部を有するウェハ１００はチップ１０２に分割される。
【００２３】
本実施例では、ウェハ１００に脆弱部を設ける工程で使用するテープ枠１６０として既存のテープ枠と同寸法のものを使用することができ、低コストである点と、多数のテープチャック３０２により放射状にテープ拡張を行うため、テープ１５０の拡張が第１の実施例での場合に比して均等になり、チップ１０２の分割がより確実になる利点がある。
【００２４】
しかし、これらの実施例では、チップ１０２の分割力をテープの張力にのみ頼っているため、より微小なＬＳＩチップや素子チップを必要とする場合は分割が確実ではなくなるおそれがある。そこで、このような場合でも確実にチップ１０２を得られる方法として。第３の実施例を図３に示す。
【００２５】
この実施例でも、ウェハ１００をテープ１５０に貼り付け、テープ枠１６０に張り、拡張リング３０１ａで拡張する事は、第１の実施例と同様である。次に図３（ｃ）ｓｔｅｐ３に示すように、取り外す予定のチップ１０２の周辺を部分吸着パット３１１により裏面から真空吸着する。部分吸着パット３１１の表面には連結した溝が設けてあり、この表面の溝部が排気されることにより真空吸着が行われる。さらに部分吸着パット３１１の中央部は孔が設けてある。この状態で部分吸着パット３１１を通して超音波発振機３１２、超音波ホーン３１３の先端に設けた先端チップ３１４が対象とするチップ１０２の裏面に押し当てられる。このとき、超音波発振機３１２の超音波の振幅は超音波ホーン３１３により拡張され、先端チップ３１４を超音波（２０ｋＨｚ以上。本実施例では２８ｋＨｚ、振幅０．０３ｍｍ）で振動させる。
【００２６】
この先端チップ３１４の振動はテープ１５０を介し、チップ１０２に伝わる。この振動エネルギーによって、分割対象のチップが完全には独立せずに隣接チップとつながったままで、分割途中のチップ群１０１を形成していた場合でも、予め設けた脆弱部分に高周波の繰り返し応力を発生し、チップ１０２の周辺で割断を行い、チップ１０２を確実に得ることができる。このとき、超音波振動によりテープ１５０のチップ１０２に対向した部位の温度が高まること、チップ１０２がテープ１５０から超音波剥離することにより、当該部分のテープ１５０が一層拡張する。これにより対象とするチップ１０２の周辺に残った他のチップ１０２や分割途中のチップ群１０１は、対象とするチップ１０２から離れる方向に僅かにずれるため、図３（ｄ）に示すように吸着コレット３１５がチップ１０２を真空吸着し、垂直に持ち去るときに、チップ間の摺動により、チップ１０２の割れ、欠けの発生や、異物の発生を回避できる。
【００２７】
この実施例では、超音波振動を分離対象とするチップ１０２に加えることで、テープ１５０からのチップ１０２の取り外しを確実にすると同時に、チップ１０２の周辺での割断を確実にできる利点がある。
【００２８】
この実施例でのチップ１０２の割断を一層確実にする方法として、先端チップ３１４の超音波振動をチップ１０２の周辺に集中するよう先端チップ３１４を、図４に示すように上面にくぼみ３１４ａを設けた形状とする方法がある。この場合、超音波発振機３１２の振動エネルギーは、チップ１０２の周辺部に集中するため、割断を一層確実にする効果がある。この場合は、テープ１５０のダメージも集中するため、超音波発振機３１２のパワーが過大な場合や、超音波振動を長時間連続して印加した場合は、テープ１５０が破れるなどの副作用を生じるおそれがあるため、パワーと振動印加時間の積（エネルギー）を一定以下に留めるよう制御する。上記エネルギーは、テープ１５０の耐熱温度や、チップ１０２の厚さによる熱拡散などに依存するため、実験により調整する必要がある。
【００２９】
上記実施例では、超音波振動の印加をテープ１５０を介して行ってきたが、ＬＳＩの回路形成面がテープ１５０に粘着している側に形成されている場合、超音波振動を直接に分割対象とするチップ１０２に印加することもできる。この場合の実施例を図５に示す。図５ではウェハ１００の回路形成面をテープ１５０に向けて配置してある点で、従前の実施例とは異なっている。このため、ウェハ１００の上面は、チップ裏面であり、微細な回路が形成されてはおらず、硬質の先端チップ３１４’をＬＳＩのチップ１０２に直接接触させても問題を生じない。このため、超音波発振機３１２はコレットチャック兼用超音波ホーン３１３’に設けてあり、先端チップ３１４’には真空吸着孔を設けてある。分割剥離対象のチップ１０２は突き上げピン３１６により、超音波印加された先端チップ３１４’に直接押し当てられ、超音波振動は確実にチップ１０２に伝わり、チップ１０２を周辺の分割中のチップ群１０１やテープ１５０から分離剥離できる。
【００３０】
本実施例では、テープ１５０を介すことなくチップ１０２に超音波振動を印加するため、テープ１５０に柔軟性が高く、延展性に優れた柔軟な性質の有機材料を用いても超音波が吸収されて減衰するおそれが少なく、効率よくチップ１０２を分割できる利点がある。
【００３１】
前記第３の実施例では、超音波による発熱と、チップ１０２自体の剥離によりテープ１５０が分割対象チップの周辺で一層延びる効果で、チップ１０２と周辺の分割途中のチップ群１０１とが摺動することを回避した。これに対し、分割チップの周辺で、テープ１５０を外力により更に拡張し、チップ間の摺動を一層確実に防止することも可能である。
【００３２】
この実施例を図６および図７に示す。図６のプロセスでは、図４に示した実施例とｓｔｅｐ２までは共通である。図６（ａ）ｓｔｅｐ３では第３の実施例の部分吸着パット３１１とは形状が異なる部分吸着パット３１１’を用いる。この部分吸着パット３１１’の形状と配置を図７に示した。部分吸着パット３１１’の表面にも連結した溝と吸着排気孔が設けられている点では部分吸着パット３１１と同様であるが、部分吸着パット３１１’ではドーナツ状の一体形状ではなく、複数の独立した部分吸着パット３１１’が超音波ホーン３１３先端チップ３１４を取り囲んで配置されている。
【００３３】
このような部分吸着パット３１１’は図６（ａ）に示すように分割対象とするチップ１０２の周辺近傍を吸着固定し、先端チップ３１４を超音波で振動させることで、チップ１０２を分割中のチップ群１０１から分割する。
【００３４】
この後、超音波発振機３１２のパワーを遮断した状態で、吸着コレット３１５の上昇前に部分吸着パッド３１１’をチップ１０２から引き離す方向に移動させる。これにより、チップ１０２の周辺でテープ１５０の拡張が一層強くなり、チップ１０２と周辺の分割中のチップ群１０１や別のチップ１０２との距離が離れる。
【００３５】
これにより、分割対象としたチップ１０２をコレット３１５により垂直に持ち上げてもチップ間の摺動が防止でき、チップ１０２の割れ、欠けや、摺動異物の発生を防止できる利点がある。
【００３６】
なお、このとき、図９に示すように先端チップ３１４をやや突き上げて、テープ１５０を少し延ばし、チップ１０２の周辺で上に凸になるように変形させることにより、チップ間の摺動を一層確実に防止できる。この方法は、第１の実施例や、第３の実施例に併せて用いることも当然可能である。
【００３７】
この他、チップ厚さが厚い場合や、チップサイズが大きく脆弱部分とそれ以外の部分の強度さが大きい場合は使用できる方法として、チップ１０２と周辺の分割中のチップ群１０１を分割する方法として、先端チップ３１４と、コレットチャック３１５でチップ１０２を挟み込んで持ち上げることにより、チップ１０２を割取る方法も、場合によって可能である。この方法は、例えば図９の先端チップ３１４に超音波を与えないで、分割中のチップ群１０１をコレット３１５と先端チップ３１４で挟み込んで、持ち上げることにより、分割対象とするチップ１０２の周辺で、上に凸になる応力を発生させることにより、分割を起こす。この方法が可能な場合は、実際には超音波発振機３１２や超音波ホーン３１３は必要でないため、本プロセスに用いる装置を簡便にすることができる。
【００３８】
この場合の先端チップは図９に示したようにチップ１０２と同程度のサイズで平坦であることを必ずしも必要としない。たとえば先端チップ３１４の直径をウェハ拡張後の直径と同程度の直径を有する、上に緩い凸状の曲率を有する部分球殻状の形状とし、ウエハ１００を球殻状に等方的に曲げ、チップ１０２の分割を確実に行うことも可能である。また、この場合は先端チップ３１４を廃して、変わりにテープ１５０の裏面側に空気圧を加え、テープ１５０を膨らませることで変形させ、チップ１０２の分割を促進することも同様に可能である。
【００３９】
また、図１０に示すように、テープ１５０を円筒形状の巻き上げローラ３０３にテンションを加えながら巻き取ることでウエハ１００をまず一列の分割中のチップ群１０１に分割し、しかる後、テープ１５０をテープカッター２０３により短冊状に切り分け、再度別方向からローラ３０３に巻き付けることで、縦の分割と横の分割を別々に実施することも可能である。この実施例によれば、テープリール状に巻き取ったＬＳＩチップが得られるため、改めて部品供給リールに納め直す手間を省略できる利点がある。
【００４０】
この他の実施例として、ダイシングブレードにより脆弱部のい分割を促進する方法がある。図８に示すように内部に脆弱部１０１ａを設けた分割中のチップ群１０１に対し、先端が概ねＶ字形状を有する極薄のダイシングブレード３２０をブレードホルダー３２１によって保護しつつ、回転させながら押し当て、脆弱部１０２ａの近傍の表面にＶ字形状の加工溝を設けつつ、ダイシングブレード３２０の押しつけ力により分割中のチップ群１０１を脆弱部１０１ａの両側に引き離す力を発生せしめる。この場合、テープ１５０を拡張することなく、ダイシングブレード３２０の研削加工と、加工力によるクラック伸展にのみ頼って、チップ１０２を得ることもできる。この実施例によればダイシングブレード３２０により分割部周辺に面取り加工を施す効果があり、分割部分でマイクロクラックが生じても、チップ１０２の有効部分に至りにくいという利点がある。
【００４１】
また、テープ１５０の拡張方法として、前記の実施例のように縦横に概ね均等に引き延ばすのではなく、チップ１０２の割断線に対して、テープ１５０を斜め方法に引き延ばすことで、分割を実現する方法もある。その状態を図１１に示す。ウェハ１００は図１１（ａ）に示すようにテープ１５０に斜め方向に貼り付けられており、図１１（ｂ）に示すように、押さえ板３０４に順送りで押さえつけられつつ、テープ１５０を引き延ばすことによりチップ１０２を分割することができる。この場合、テープ１５０の特性により１軸拡張をおこなうと、別方向の幅が狭くなることがあるが、この特性が顕著な場合は、横方向にもガイドチャック（図示せず）を設け、テープ１５０の幅が縮小しないように、抑える方が好ましい場合がある。この場合、多軸拡張を行う場合に比して、テープ拡張が１軸で済むため、生産装置構成が容易で安価になる利点がある。
【００４２】
ここまでの、実施例ではウェハ１００の分割予定部分に脆弱部を設ける方法について特に限定してこなかったが、例えば、ウェハ１００の表面又は裏面にダイサーなどでＶ字の溝を加工しておく方法、エッチング処理により部分的にウェハ１００を薄くする方法、レーザ照射によりウェハ１００を部分的に熱処理し、ウェハ１００の表面や内部に結晶欠陥を生成させて内部応力を持たせる方法などが考えられる。これらそれぞれについて、生産設備の価格や扱い易さ、プロセス安定性などの利点があり、必要に応じて選択すればよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のチップ割断方法に比して、微細なチップを多数得られる利点がある。たとえば、０．５ｍｍ角のトランジスタチップやダイオードチップ、無線通信タグなどのＬＳＩの生産において、薄チップの割断が確実に行えるようになるため、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例プロセスを示す部分縦断面図。
【図２】本発明の第２の実施プロセスを示す斜視図。
【図３】本発明の第３の実施例プロセスを示す部分縦断面図。
【図４】本発明の第３の実施例プロセスの変形例を示す縦断面図。
【図５】その他の実施例を示す図。
【図６】その他の実施例を示す図。
【図７】その他の実施例を示す図。
【図８】その他の実施例を示す図。
【図９】その他の実施例を示す図。
【図１０】その他の実施例を示す図。
【図１１】その他の実施例を示す図。
【符号の説明】
１００…ウェハ、１０１…分割中のチップ群、１０２…チップ、１５０…テープ、１６０…テープ枠、２０１…テープ枠チャック、２０２…テープ枠ステージ、２０３…テープカッター、３０１…拡張リング、３０２…テープチャック、３０３…巻き上げローラ、３１１…部分吸着パット、３１２…超音波発振機、３１３…超音波ホーン、３１４…先端チップ、３１５…吸着コレット、３１６…突き上げピン、３２０…ダイシングブレード、３２１…ブレードホルダー。

Claims

予め分割対象部分の表面若しくは内部に脆弱部が設けられたウェハをテープ状フィルムの上に貼り付けられた被対象物から個々の半導体装置を分割して前記テープ状フィルムから剥離して製造する半導体装置の製造方法であって、
前記被対象物に対して前記テープ状フィルムを拡張する拡張工程と、
該拡張工程で前記テープ状フィルムを拡張させた被対象物に対して分割対象の半導体装置に超音波振動を印加して前記分割対象の半導体装置の周辺の脆弱部に対して高周波の繰り返し応力を発生させて前記分割対象の半導体装置の周辺で割断して前記テープ状フィルムから剥離する超音波印加工程とを有し、
前記超音波印加工程において、前記超音波振動を前記分割対象の半導体装置に印加する際、部分吸着パッドにより前記テープ状フィルムを介して前記分割対象の半導体装置の周辺を吸着固定し、さらに、前記超音波振動を前記分割対象の半導体装置における回路形成面と反対の裏面に直接印加することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記超音波印加工程において、前記部分吸着パッドは複数の部分吸着パッドによって形成し、前記超音波振動を前記分割対象の半導体装置に印加して遮断した後、前記複数の部分吸着パッドの各々を前記分割対象の半導体装置から引き離すことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。