JP4427308B2 - 半導体ウェーハの分割方法 - Google Patents

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本発明は、例えば、IC、LSI等の半導体チップがストリートにより区画されて複数形成された半導体ウェーハを、先にダイシング装置によりストリートに沿ってダイシングし、その後に半導体ウェーハの裏面を研削して各半導体チップ毎に分割する半導体ウェーハの分割方法に関するものである。
この種のIC、LSI等の半導体チップが複数形成された半導体ウェーハは、ダイシング装置などの分割装置によって個々の半導体チップに分割され携帯電話、パソコンなどの電気機器の回路に組み込まれて広く利用されるものである。
ところで、この種の電気機器は、小型化および軽量化が進んでいて、半導体チップの厚さを薄くすることが要求されており、その厚さを100μm以下、50μm以下に薄くする技術として先ダイシング(DBG)と称する技術が開発され実用に供されている。
この先ダイシング(DBG)は、半導体ウェーハの表面に形成されたストリートに沿って半導体チップの仕上がり厚さに相当する深さの切削溝を形成し、その後半導体ウェーハの表面側にテープ等の保護部材を配設し、半導体ウェーハの裏面を研削して切削溝を裏面に表出させることで個々の半導体チップに分割する技術である。
しかしながら、先ダイシング工程において、半導体ウェーハが薄くなると抗折強度が著しく低下し、裏面の機械的な研削によって各半導体チップを含む半導体ウェーハの裏面に加工歪みが残存するという問題点を有している。
また、同様の先ダイシングを行って分割する公知の方法として、半導体基板の表面から所要深さの溝を形成する工程と、該半導体基板の表面をテープで被覆する工程と、該半導体基板の裏面から前記溝底部近傍まで研磨して所要厚さとする工程と、前記溝底部から半導体基板底部までを破断させ、個々のチップに分割する工程とからなるものであって、前記破断は、半導体基板の底面側からゴムローラー等により圧力を加え、溝と半導体基板の底面との間を破断させて個々のチップに分割するというものである。
特開昭62−4341号公報
しかしながら、この公知の分割方法において、分割された半導体チップの裏面には研削歪みが残存しており、半導体チップの抗折強度が低い。そこで、エッチングして半導体チップの裏面から研削歪みを除去する方法も考えられるが、ウェーハの裏面に現れたダイシング溝からエッチング液またはエッチングガスが浸透し、半導体チップの表面に至り、表面に形成されている回路面を損傷させるという問題がある。
従来例の半導体ウェーハの分割方法において、解決しようとする課題は、半導体ウェーハの表面に切削溝を形成した後に、半導体ウェーハの裏面を研削しエッチングを行う場合に、半導体ウェーハの裏面に現れた切削溝からエッチング液またはガスが回り込んで半導体チップの表面側を損傷させず、且つ半導体チップおよび半導体ウェーハの裏面から加工歪みを除去して、半導体チップの抗折強度を向上させて効率よく分割できるようにすることである。
本発明は、表面に複数の半導体チップがストリートによって区画されて形成された半導体ウェーハを個々の半導体チップに分割する半導体ウェーハの分割方法であって、前記半導体チップの仕上がり厚さに相当する深さの切削溝をストリートに沿って形成する切削溝形成工程と、該切削溝が形成された半導体ウェーハの表面とハードプレートとを対面させ経時的に固化する液状樹脂を介して貼着し毛細管現象により該液状樹脂を該切削溝に僅かに浸透させ各半導体チップを該液状樹脂によって囲繞するハードプレート貼着工程と、該液状樹脂が固化した後、該ハードプレート側を研削装置のチャックテーブルに載置し前記切削溝が半導体ウェーハの裏面に表出するまで、または表出する直前まで半導体ウェーハの裏面を研削する裏面研削工程と、前記ハードプレートに貼着された半導体ウェーハの裏面をプラズマエッチングし裏面に表出した切削溝によって囲繞された半導体チップの裏面と裏面の外周辺から加工歪みを除去する加工歪み除去工程とから構成されること、を最も主要な特徴とする半導体ウェーハの分割方法である。
本発明の半導体ウェーハの分割方法は、前記ハードプレートは、ガラスプレートであること;前記液状樹脂は、外的刺激によって粘着力が低下すること;および前記加工歪み除去工程の後、液状樹脂に外的刺激を付与してハードプレートから半導体チップを取り外す工程が含まれること、を付加的な要件として含むものである。
本発明の半導体ウェーハの分割方法においては、要するに、先ダイシング工程でストリートに沿って切削した切削溝に液状樹脂が僅かに浸透するようにしてハードプレートを貼着した後に、半導体ウェーハの裏面側を研削すると共にエッチングして半導体チップの裏面と裏面の外周辺から加工歪みを除去するものであり、ハードプレートが貼着されているので、半導体ウェーハの裏面側を研削しても半導体チップが破損したりせず、また、機械的な加工によって残存する加工歪みをエッチングにより除去しても、切削溝に浸透した樹脂が存在することで、エッチング液またはガスが切削溝から半導体チップの表面側に回り込んだりせず、薄型の半導体チップの抗折強度を向上させ且つ回路面側に損傷を与えないで効率よく分割できるのである。
半導体ウェーハの厚みを半導体チップの回路形成工程とその後の取扱に支障を来さない程度の厚みに形成し、半導体チップを区画するストリートに沿って半導体チップの仕上がり厚さに相当する深さの切削溝を形成し、その切削溝が形成された半導体ウェーハの表面側に経時的に固化する液状樹脂を介してハードプレートを貼着し、該液状樹脂は毛細管現象により切削溝に僅かに浸透して各半導体チップを浸透した液状樹脂によって囲繞させ、液状樹脂が固化した後、半導体ウェーハを貼着したハードプレート側を研削装置のチャックテーブルに載置して前記切削溝が半導体ウェーハの裏面に表出するまで、または表出する直前まで半導体ウェーハの裏面を研削し、更に、前記ハードプレートに貼着された半導体ウェーハの裏面をエッチングして半導体チップの裏面とチップ裏面の外周辺から、ダイシング工程または研削工程による機械的加工によって残留している加工歪みを除去するものであり、その後に液状樹脂に紫外線を照射する等の外的刺激を付与して粘着力を低下させて、ハードプレートから半導体チップを容易に取り外すことができるようにしたものであり、特に、加工歪みを除去することによって抗折強度を向上させた薄型の半導体チップを効率よく分割できることを、実現化したものである。
本発明に係る半導体ウェーハの分割方法について、図面を参照しながら説明すると、図1は、一般的なダイシング装置を使用して先ダイシングした半導体ウェーハ1を示すものである。この半導体ウェーハ1は、一般的に知られているように、結晶の方位を示すオリフラ2があり、表面側には多数の半導体チップ3が整列した状態で形成され、該半導体チップ3を区画するストリート4が設けられており、そのストリート4に沿って切削溝5が切削形成されたものである。
この場合に、切削溝5の深さは、半導体チップ3の仕上がり厚さにほぼ相当するものであって、例えば、仕上がり厚さが100μmであれば切削溝5の深さを100〜105μm程度にし、50μmであれば50〜55μmの深さの切削溝5を形成するのである。従って、半導体ウェーハ1の厚みは、当然のこととして形成される切削溝5の深さよりも厚く、半導体チップ3の回路形成工程とその後の取扱に支障を来さない程度の厚みになっているのであり、例えば、略倍近い厚みを有するものであっても良いのである。なお、切削に使用されるブレード6の径は、例えば、1〜4インチ程度の範囲で適宜の大きさのものが使用できる。
先ダイシングした半導体ウェーハ1には、その表面側、即ち、半導体チップ3が形成されている側に、液状樹脂7を介してハードプレート8を貼着する。この貼着は、ハードプレート8に所要量の液状樹脂7を滴下し、スピンコート等によって全面に渡ってほぼ均一に塗布し、半導体ウェーハ1を裏返しにして表側をハードプレート8と対面させて貼着させるのである。
使用されるハードプレート8としては、例えば、0.8〜2.0mm厚さで、半導体ウェーハ1とほぼ同じか一回り大きい円形のガラス板である。また、使用される液状樹脂7としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂等の樹脂に紫外線によって粘着力を低下させるキノンジアジト系化合物を混合したものであり、経時的に固化するものである。そして、液状樹脂7を介して半導体ウェーハ1の表面側とハードプレート8とを対面させて貼着させると、毛細管現象により液状樹脂7が半導体ウェーハ1の表面に形成された切削溝5内に僅かに侵入または浸透し、切削溝5で区画された各半導体チップ3の周囲を液状樹脂7が囲繞するのである。
このように半導体ウェーハ1にハードプレート8を貼着すると、図2に示したように、両者が一体化し、半導体ウェーハ1の裏面側が表出するのである。そして、半導体ウェーハ1が薄手(200μm程度)であっても、ハードプレート8で全面的に支持または保持されているので全体の剛性がアップしており、次の裏面研削工程、即ち、分割工程に支障なく移送される。
裏面を研削または処理して分割するために使用される研削装置とエッチング装置の一例を図3に斜視図で示してある。
研削装置10は、ターンテーブル11と、該ターンテーブル11に等間隔をもって設けた複数(4個)のチャックテーブル12a〜12dと、これらチャックテーブルの内2つのチャックテーブルと対峙する状態に配設された第1および第2の研削砥石13、14と、これら研削砥石13、14を駆動する第1および第2の駆動部15、16と、これら駆動部15、16を支持し上下方向の移動をガイドする第1および第2のガイド部17、18と、該ガイド部17、18に沿って前記両駆動部15、16を上下方向に精密に移動させる第1および第2の移動用駆動部19、20を備えている。
また、研削装置10の一方の側(手前側)には、操作用のキーボード21が設けられると共に、そのキーボード21と前記ターンテーブル11との間に被加工物の出し入れ用アーム22が設けられ、更に、出し入れ用アーム22とターンテーブル11との間に、被加工物の供給用アーム23とピックアップ用アーム24とが左右に設けられ、供給用アーム23側において先端の吸着パッド23aが作用する範囲に被加工物の載置台25が設けられ、ピックアップ用アーム24側において先端の吸着パッド24aが作用する範囲内に被加工物の洗浄・乾燥領域26が設けられている。
そして、ハードプレート8が貼着された半導体ウェーハ1は、複数個が上下方向に所要の間隔をもって収納されたキャリングケース27で搬送され、該キャリングケース27は出し入れ用アーム22が作用する範囲の供給用アーム23側にセットし、ピックアップ用アーム24側には同形状の空のキャリングケース27aがセットされる。
このようにセットされたキャリングケース27に対して、出し入れ用アーム22が作用してハードプレート8が貼着された半導体ウェーハ1を引き出して載置台25上に載置する。そして、載置台25上に載置された半導体ウェーハ1は、供給アーム23の吸着パッド23aで吸着して持ち上げられ、裏面側を上にした状態で、ハードプレート8側をチャックテーブル12aに当接させて載置固定され、ターンテーブル11を90°回転させて第1の研削砥石13の真下に位置させ、この位置で研削水を供給しながら第1の研削砥石13を駆動して半導体ウェーハ1の裏面側を研削する。この研削は、要するに、一次研削(粗研削)であって、予定した研削量(厚さ)の約半分の量の研削を行うのである。
この一次研削を行っている間に、出し入れ用アーム22と供給アーム23とが上記と同様の動作をして、チャックテーブル12aの位置に来たチャックテーブル12dに対して新たなハードプレート8が貼着された半導体ウェーハ1を載置固定させるのである。この場合も、ハードプレート8がチャックテーブル12dで吸着され半導体ウェーハ1の裏面側が上面に位置している。
一次研削が終了した後に、ターンテーブル11が更に90°回転し、チャックテーブル12aが第2の研削砥石14の真下に位置し、その位置で研削水を供給しながら二次研削(仕上げ研削)が遂行され、半導体ウェーハ1の表面側から形成した切削溝5が裏面側に表出するかまたは表出直前まで全面的に均等に研削する。また、第1の切削砥石13の真下には新たな半導体ウェーハ1が載置されたチャックテーブル12dが位置しており、その位置で前記同様に一次研削がなされる。これらの一次研削と二次研削とは同時に同じ時間を掛けて行われるものである。そして、これらの研削を行っている間に、チャックテーブル12aの位置に来たチャックテーブル12cに対して、前記同様に新たな半導体ウェーハ1を載置固定させるのである。
二次研削が終了した後に、ターンテーブル11が更に90°回転し、最初に半導体ウェーハ1を載置したチャックテーブル12aがチャックテーブル12dの位置に来る。この位置で、ピックアップ用アーム24が作動し吸着パッド24aで研削済みの半導体ウェーハ1をチャックテーブル12aからピックアップして洗浄・乾燥領域26内に搬送する。洗浄・乾燥領域26には、スピンナーテーブル26aが装備されており、該スピンナーテーブル26aに研削済みのハードプレート8が貼着された半導体ウェーハ1を載置し、スピンナーテーブル26aを回転させながら研削された面に洗浄水をシャワー状に吹き付けてスピンナー洗浄した後に、更にスピンナーテーブル26aを高速回転させて付着している洗浄水を振り切って乾燥させるものである。
乾燥したハードプレート8付きの半導体ウェーハ1は、出し入れ用アーム22により洗浄・乾燥領域26から取り出され、通常は、空のキャリングケース27aに収納して次工程に搬送されるものであるが、本実施例においては、連続して次工程のエッチング工程に供給するようにしたものである。なお、この洗浄・乾燥工程を行っている間でも、一次研削と二次研削とが遂行されており、半導体ウェーハ1の供給側(チャックテーブル12aの側)において、出し入れ用アーム22と供給アーム23とが動作して、ターンテーブル11の90°回転毎に順次1枚づつ半導体ウェーハ1を供給するのである。
二次研削が終了した半導体ウェーハ1は、図4(A)に示したように、半導体ウェーハ1の表面側に形成された切削溝5が裏面側に表出することによって半導体チップ3がそれぞれ個別に分割された状態になり、しかも切削溝5の深さに略対応した厚み、即ち、仕上がり厚さをもった半導体チップ3に分割されることになる。ところで、研削したままの状態であると、図4(B)に示したように、半導体チップ3の研削面側に小さなクラックなどの加工歪み9が1μm〜2μmの厚さ(深さ)で残っており、その加工歪み9によって半導体チップ3の抗折強度が低下することになる。
そこで、研削加工工程、即ち、分割工程に引き続き加工歪みを除去する加工歪み除去工程が遂行される。この加工歪みの除去工程は、いわゆるエッチング処理工程であって、図3に示したように、研削装置10に隣接して、例えば、プラズマエッチング装置30が配設されるのである。この場合に、研削装置10とエッチング装置30との間には、半導体ウェーハ1の移送または搬送手段28が設けられており、該移送または搬送手段28における移送アーム29の先端に設けられた吸着パッド29aによって半導体ウェーハ1を吸着し、移送アーム29が回転させて研削装置10からエッチング装置30へ、または、エッチング装置30から研削装置10側へ半導体ウェーハ1を1枚ずつ移送または搬送させるのである。
エッチング装置30は、処理ブース31と処理ガスまたは処理液等の処理剤供給ブース32とによって構成され、両者は所要の処理剤供給パイプ33によって接続されており、処理ブース31には、被処理物である半導体ウェーハ1を出し入れする開口部34が設けられており、該開口部34は開閉自在な蓋部材35で常時閉塞されるものであって、該蓋部材35は開閉機構36により被処理物を出し入れするタイミングに合わせて自動的に開閉される構成になっている。
処理ブース31においては、上部に処理領域31aが設けられ、その中に図示していないが被処理物を載置し支持するための載置支持部及び処理に必要な各種の機器が装備されている。そして、処理剤供給ブース32から処理剤供給パイプ33を介してCF と酸素との混合ガスが供給され、プラズマエッチングが遂行される。また、エッチング装置がウエットエッチング装置である場合は、例えば、フッ酸と硝酸との混合液であってウェットエッチングを行うか、もしくは、遊離砥粒とアルカリ溶液との混合液によるCMP処理を行う。これらのエッチング処理は、要するに従来から使用されている処理技術及び処理装置がそのまま使用できる。
研削装置10において研削による分割が終了し、且つ洗浄乾燥が終了したハードプレート8付きの半導体ウェーハ1は、出し入れ用アーム22により洗浄・乾燥領域26から取り出された後、移送または搬送手段28に設けられた移送アーム29の吸着パッド29aに受け渡され、該移送アーム29が180°回転して吸着パッド29a側がエッチング装置30側を向いた時に、開閉機構36が作動して蓋部材35を下降させて開口部34を開き、続いて移送アーム29がエッチング装置30側に移動し、ハードプレート8付きの半導体ウェーハ1を吸着支持している吸着パッド29aが開口部34から処理ブース31の処理領域31a内に侵入し、内部に設けてある載置支持部の所定位置にハードプレート8付きの半導体ウェーハ1を適正に載置した後に、吸着を解除して移送アーム29が後退し、吸着パッド29aが開口部34から外部に抜け出したところで開閉機構36が作動して蓋部材35を上昇させ開口部34を塞ぎ、薬品供給ブース32から所要の薬品が薬品供給パイプ33を介して供給され、処理ブース31の処理領域31a内で半導体ウェーハ1の裏面側に対して所要のエッチング処理を行う。
このエッチング処理において、処理液を使用した場合には、エッチング処理後に薬品供給パイプ33から洗浄水を供給し、ハードプレート8付きの半導体ウェーハ1に洗浄水をスプレーして付着している処理液を洗い流してクリーンにしてから、また、処理ガスを使用した場合には、処理ブース31の処理領域31a内に残存するガスを除去してから蓋部材35を開けて移送アーム29によりエッチング処理したハードプレート8付きの半導体ウェーハ1を吸着パッド29aで吸着して取り出し、移送アーム29を180°反転させて、吸着パッド29aからハードプレート8付きの半導体ウェーハ1を洗浄・乾燥領域26に搬入し、前記したと同様に洗浄・乾燥してから、出し入れ用アーム22によって、ハードプレート8付きの半導体ウェーハ1を空のキャリングケース27aに収納するものである。
ハードプレート8付きの半導体ウェーハ1のエッチング処理は、図5(A)に示したように、研削(分割)工程で切削溝5が表出した半導体ウェーハ1の裏面側を上面にしハードプレート8を下面側にした状態で、上部から処理薬品aが供給されて半導体ウェーハ1の裏面側が全般的に略均等にエッチングされるのであり、それによって、(B)図に示したように、機械的な研削によって残存していた加工歪み9が全面および外周部からなくなって、各半導体チップ3の抗折強度が向上するのである。
そして、前記したエッチング工程におけるエッチング処理の薬品が切削溝5にも入ることになるが、該切削溝5にはハードプレート8の貼着段階で毛細管現象により浸透した液状樹脂7が固化した状態で存在し且つ接着しているので、エッチング処理の薬品は半導体チップ3の表面側には回り込めないのであり、薬品によって半導体チップ3の表面側に形成されている回路などを損傷することは全くないのである。
このようにエッチング工程、即ち、加工歪みの除去工程が終わったハードプレート8付きの半導体ウェーハ1は、ガラス板からなるハードプレート8側から紫外線を照射することにより固化している液状樹脂7の貼着力を弱め、各半導体チップ3をそれぞれ個別にピックアップすることが容易に出来るようになるのである。
本発明に係る半導体ウェーハの分割方法は、初期の段階では、半導体ウェーハの厚みを半導体チップの回路形成工程とその後の取扱に支障を来さない程度の厚みに形成してあるので、半導体チップを区画するストリートに沿って半導体チップの仕上がり厚さに相当する深さの切削溝を形成しても、ウェーハの撓みなどによる不都合が解消されている。
その後に、切削溝が形成された半導体ウェーハの表面側に経時的に固化する液状樹脂を介してハードプレートを貼着し、該液状樹脂は毛細管現象により切削溝に僅かに浸透して各半導体チップを浸透した液状樹脂によって囲繞させることによって、ウェーハの剛性を向上させると共に切削溝を埋めて各半導体チップの表面側を覆って、その後に行われるエッチング処理の薬品に対して半導体チップの表面を保護している。
半導体ウェーハを貼着したハードプレート側を研削装置のチャックテーブルに載置して前記切削溝が半導体ウェーハの裏面に表出するまで、または表出する直前まで半導体ウェーハの裏面を研削し、更に、前記ハードプレートに貼着された半導体ウェーハの裏面をエッチングして半導体チップの裏面と半導体チップ裏面の外周辺から、ダイシング工程または研削工程による機械的加工によって残留している加工歪みを除去することによって抗折強度を向上させている。
その後に液状樹脂に紫外線を照射する等の外的刺激を付与して粘着力を低下させて、ハードプレートから半導体チップを容易に取り外すことができるようにしたものであり、抗折強度を向上させた薄型の半導体チップを効率よく分割できるのであり、小型・薄型化の半導体チップの製造に広く利用することができるのである。
本発明の半導体ウェーハの分割方法に係る具体的な実施例で、切削溝を形成した半導体ウェーハとハードプレートとを分離して示した略示的斜視図である。 同実施例において半導体ウェーハとハードプレートとを貼着した状態を示した斜視図である。 同実施例においてハードプレートを貼着した半導体ウェーハの裏面側を研削加工する研削装置とエッチング処理するエッチング装置との一例を略示的に示した斜視図である。 同実施例において半導体ウェーハの裏面側を研削加工した後の状態を示すもので、(A)は斜視図、(B)は要部のみを一部拡大して示した断面図である。 同実施例において半導体ウェーハの裏面側を研削加工後にエッチング処理した状態を示すもので、(A)は斜視図、(B)は要部のみを一部拡大して示した断面図である。
符号の説明
1 半導体ウェーハ; 2 オリフラ; 3 半導体チップ; 4 ストリート;
5 切削溝; 6 ブレード; 7 液状樹脂; 8 ハードプレート:
9 加工歪み; 10 研削装置; 11 ターンテーブル;
12a〜12d チャックテーブル; 13、14 研削砥石;
15、16 駆動部; 17、18 ガイド部; 19、20 移動用駆動部;
21 キーボード; 22 出し入れ用アーム; 23 供給用アーム;
23a、24a、29a 吸着パッド; 24 ピックアップ用アーム;
25 移動用駆動部; 26 洗浄・乾燥領域; 26a スピンナーテーブル;
27 キャリングケース; 27a 空のキャリングケース; 28 搬送手段;
29 移送アーム; 30 エッチング装置; 31 処理ブース;
31a 処理領域; 32 処理剤供給ブース; 33 処理剤供給パイプ;
34 開口部; 35 蓋部材; 36 開閉機構; a 処理薬品。

Claims (4)

  1. 表面に複数の半導体チップがストリートによって区画されて形成された半導体ウェーハを個々の半導体チップに分割する半導体ウェーハの分割方法であって、
    前記半導体チップの仕上がり厚さに相当する深さの切削溝をストリートに沿って形成する切削溝形成工程と、
    該切削溝が形成された半導体ウェーハの表面とハードプレートとを対面させ経時的に固化する液状樹脂を介して貼着し毛細管現象により該液状樹脂を該切削溝に僅かに浸透させ各半導体チップを該液状樹脂によって囲繞するハードプレート貼着工程と、
    該液状樹脂が固化した後、該ハードプレート側を研削装置のチャックテーブルに載置し前記切削溝が半導体ウェーハの裏面に表出するまで、または表出する直前まで半導体ウェーハの裏面を研削する裏面研削工程と、
    前記ハードプレートに貼着された半導体ウェーハの裏面をプラズマエッチングし裏面に表出した切削溝によって囲繞された半導体チップの裏面と裏面の外周辺から加工歪みを除去する加工歪み除去工程と、
    から構成される半導体ウェーハの分割方法。
  2. 前記ハードプレートは、ガラスプレートである請求項1に記載の半導体ウェーハの分割方法。
  3. 前記液状樹脂は、外的刺激によって粘着力が低下する請求項1または2に記載の半導体ウェーハの分割方法。
  4. 前記加工歪み除去工程の後、液状樹脂に外的刺激を付与してハードプレートから半導体チップを取り外す工程が含まれる請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体ウェーハの分割方法。
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