JP5648512B2 - エキスパンド方法、エキスパンド装置、粘着シート - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハをエキスパンドしてチップを生成するエキスパンド方法、及びエキスパンド装置、並びにこれらに用いられる粘着シートに関する。

従来、半導体ウェーハをチップに分断するダイシング手法として、ブレードを用いたダイシング法が知られている。これは、ダイシングブレードと称される薄型砥石を用いて半導体ウェーハを機械的に切断するものである。

また、近年、レーザーを半導体ウェーハに照射して改質層を形成して分断予定線とし、半導体ウェーハを貼り付けた伸縮性のシート（テープ）を引き伸ばすことによってダイシングを完了するレーザーダイシング法が知られている。ブレードを用いたダイシング法では研削水や洗浄水を使用する必要があるが、レーザーダイシング法ではこれらを使用する必要がないため、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイス等を生成するのに適している。ＭＥＭＳデバイスは、保護膜が無く素子構造が主面に露出しているため、素子領域内への水の混入を避ける必要があるからである。

特許文献１には、半導体ウェーハをレーザー加工によって個々のダイ（チップ）に分割するダイボンダについて記載されている。このダイボンダは、ウェーハを個々のダイに分割するための加工を行うレーザー加工部と、ウェーハのレーザー加工時及びダイの突上げとピックアップ時にウェーハを移動させるウェーハ移動部と、ウェーハが貼付されたウェーハテープを引き伸ばし、個々のダイ同士の間隔を広げるエキスパンド部と、を備えている。

ところで、レーザーダイシング法において半導体ウェーハをエキスパンドする際には、機械的な力によって改質層を破断するため、シリコン屑等がＭＥＭＳ素子内に混入する（半導体ウェーハの主面に付着する）という問題があった。

特許文献２には、上記のような問題を解決すべく、エキスパンド時に半導体ウェーハの主面を下向きにしてシリコン屑等が重力によって落下するようにしたエキスパンド方法について記載されている。また、このエキスパンド方法では、エキスパンド時に半導体ウェーハの主面に対して斜め下方向からエアーを吹き付けるものとしている（特許文献２の図３等を参照）。

特開２００４−１１１６０１号公報 特開２００７−６７２７８号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載のエキスパンド方法においても、依然としてシリコン屑等が半導体ウェーハの主面に付着する可能性が排除できない。エアーを斜め下方向から吹き付けることによってシリコン屑等に上向きの力が作用し、重力の作用と相殺してしまう可能性があるからである。また、乱流が発生することによってシリコン屑等に浮力を発生させることも懸念される。

これに対し、エアーの吹き付けを省略することも考えられるが、この場合、静電気力によってシリコン屑等が落下せずに半導体ウェーハの主面に残る可能性がある。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、半導体ウェーハの分断時に、チップ主面へのシリコン屑等が付着するのを、より強力に抑制することが可能なエキスパンド方法、及びエキスパンド装置、並びにこれらに好適に用いられる粘着シートを提供することを、主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
半導体ウェーハをエキスパンドしてチップを生成するエキスパンド方法であって、
前記半導体ウェーハの裏面に、伸縮可能な素材で形成されると共に孔部が形成された粘着シートを貼り付ける第１の工程と、
前記粘着シートが貼り付けられた前記半導体ウェーハの裏面を鉛直上方に向けた状態で前記粘着シートを引き伸ばし、前記半導体ウェーハを複数のチップに分断する第２の工程と、を含み、
前記第２の工程において、前記引き伸ばされた粘着シートの孔部及び前記複数のチップの間隙を通して、前記半導体ウェーハの裏面側から主面側に向けて流体を流すことを特徴とする、
エキスパンド方法である。

この本発明の第１の態様によれば、半導体ウェーハの裏面に、伸縮可能な素材で形成されると共に孔部が形成された粘着シートを貼り付け、粘着シートが貼り付けられた半導体ウェーハの裏面を鉛直上方に向けた状態で粘着シートを引き伸ばして半導体ウェーハを複数のチップに分断すると共に、引き伸ばされた粘着シートの孔部及び複数のチップの間隙を通して半導体ウェーハの裏面側から主面側に向けて流体を流すため、半導体ウェーハの分断時に、チップ主面へのシリコン屑等が付着するのを、より強力に抑制することができる。

本発明の第１の態様において、
前記第２の工程において、層流の状態で前記流体を流すことを特徴とするものとしてもよい。

こうすれば、半導体ウェーハの分断時に、チップ主面へのシリコン屑等が付着するのを、更に強力に抑制することができる。

この場合、
前記第２の工程において流す流体は、例えば、前記流体の平均流速にエキスパンド後のチップ間隔を乗じ、前記流体の動粘性係数で除したレイノルズ数を２０００以下とすることにより、層流の状態とされる。

また、本発明の第１の態様において、
前記流体として、純水に二酸化炭素を溶かし込んだ液体を用いることを特徴とするものとしてもよい。

また、本発明の第１の態様において、
前記流体として、界面活性剤を添加した液体を用いることを特徴とするものとしてもよい。

本発明の第２の態様は、
半導体ウェーハをエキスパンドしてチップを生成するためのエキスパンド装置であって、
半導体ウェーハに貼り付けられ、孔部が形成された粘着シートを引き伸ばすことにより前記半導体ウェーハを複数のチップに分断するための駆動手段と、
前記駆動手段が動作する際に、前記引き伸ばされた粘着シートの孔部及び前記複数のチップの間隙を通して、鉛直上方から鉛直下方に向けて流体を流す流体発生手段と、
を備えるエキスパンド装置である。

この本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様のエキスパンド方法を実行することができ、半導体ウェーハの分断時に、チップ主面へのシリコン屑等が付着するのを、より強力に抑制することができる。

本発明の第１の態様において、
前記流体発生手段は、鉛直上方から前記粘着シートに対して前記流体を供給する流体供給部と、前記粘着シートに供給された前記流体を鉛直下方に吸引する流体吸引部と、を含むものとしてもよい。

この場合、
前記流体吸引部は、前記流体の流路を部分的に狭めるためのスリット形状を有する部材を含むものとすると、好適である。

こうすれば、半導体ウェーハの分断時に生じたシリコン屑等が鉛直上方に向けて舞い上がり、チップ主面に付着するのを防止することができる。

また、本発明の第２の態様において、
前記流体発生手段は、層流の状態で前記流体を流すことを特徴とするものとしてもよい。

この場合、
前記流体発生手段は、前記流体の平均流速にエキスパンド後のチップ間隔を乗じ、前記流体の動粘性係数で除したレイノルズ数を２０００以下とすることにより、層流の状態で前記流体を流すことを特徴とするものとしてもよい。

また、本発明の第２の態様において、
前記流体発生手段は、純水に二酸化炭素を溶かし込んだ液体を流すことを特徴とするものとしてもよい。

また、本発明の第２の態様において、
前記流体発生手段は、界面活性剤を添加した液体を流すことを特徴とするものとしてもよい。

本発明によれば、半導体ウェーハの分断時に、チップ主面へのシリコン屑等が付着するのを、より強力に抑制することが可能なエキスパンド方法、及びエキスパンド装置、並びにこれらに好適に用いられる粘着シートを提供することができる。

本発明の一実施例に係るエキスパンド方法における第１の工程を説明するための説明図である。 本発明の一実施例に係るエキスパンド方法における第１の工程を説明するための説明図である。 本発明の一実施例に係るエキスパンド方法における第２の工程を説明するための説明図である。 本発明の一実施例に係るエキスパンド方法における第２の工程を説明するための説明図である。 本実施例に係るエキスパンド方法を含む半導体製造方法の各手順を、順に説明したフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

以下、図面を参照し、本発明の一実施例に係るエキスパンド方法、エキスパンド装置、及び粘着シートについて説明する。なお、以下の説明では、半導体ウェーハにおける素子が形成された面を主面、反対側の面を裏面と称する。

図１、２は、本発明の一実施例に係るエキスパンド方法における第１の工程を説明するための説明図である。図示するように、第１の工程では、円盤状の半導体ウェーハ１０の裏面１０Ｂに、伸縮可能な素材で形成されると共に孔部が形成された粘着シート２０が貼り付けられる。

半導体ウェーハ１０は、例えばＭＥＭＳデバイスとなる素子が予め主面１０Ａに形成されており、分断予定線にはレーザーが照射されて改質層１０Ｃが格子状に形成されている（図３、４を参照）。改質層１０Ｃは、レーザー照射及び冷却によってアモルファス状態となっており、単結晶状態の半導体ウェーハ１０の他の部分に比して強度が弱く、破断され易くなっている。

粘着シート２０は、図１に示すように、矩形又は円形等の孔部２０Ａが形成された形状であってもよいし、図２に示すように、格子状（メッシュ状）に部材が形成されることによって孔部２０Ａが形成された形状であってもよい。すなわち、何らかの形状の孔部が形成されていれば足りるが、一定の大きさ、形状、間隔を有する複数の孔部が形成されていると好適である。この場合、粘着シート２０は、一定の間隔及び形状を有する孔部２０Ａの配列が分断予定線である改質層１０Ｃに沿うように、半導体ウエーハ１０に貼り付けられるとよい。

図３、４は、本発明の一実施例に係るエキスパンド方法における第２の工程を説明するための説明図である。図３に示すように、第２の工程では、まず、粘着シート２０が貼り付けられた半導体ウェーハ１０がエキスパンド装置１００に搭載される。なお、粘着シート２０がエキスパンド装置１００に搭載されてから半導体ウェーハ１０が粘着シート２０に貼り付けられても構わない。

ここで、エキスパンド装置１００について説明する。エキスパンド装置１００は、環状のダイシングリング１１０及びこれを駆動するアクチュエータ１１５と、部材１２０と、流体供給部１３０と、流体吸引部１４０と、を備える。図３、４におけるＺ方向は鉛直上方を示しており、エキスパンド装置１００は、流体供給部１３０が半導体１０の搭載位置に対して鉛直上方、流体吸引部１４０が半導体１０の搭載位置に対して鉛直下方となるように設置される。

ダイシングリング１１０は、搭載予定の半導体ウェーハ１０の直径よりも大きい直径を有している。アクチュエータ１１５は、ダイシングリング１１０を鉛直上方及び下方に駆動することができる。

部材１２０は、例えばダイシングリング１１０と同様の環状部材であり、その直径は、半導体ウェーハ１０の直径とダイシングリング１１０の直径の間となるように設計されている。

なお、ダイシングリング１１０及び部材１２０は、必ずしも円環状である必要はなく、矩形の環状部材等であっても構わない。

粘着シート２０が貼り付けられた半導体ウェーハ１０は、粘着シート２０がダイシングリング１１０と部材１２０に挟まれる状態でダイシングリング１１０に固定されることにより、エキスパンド装置１００に搭載される。

流体供給部１３０は、例えばポンプやノズル等を備え、鉛直上方からダイシングリング１１０の内側部分に向けて、すなわち半導体ウェーハ１０の裏面に向けて流体を供給する（吹き付ける）。

流体吸引部１４０は、スリット部材１４０Ａとバキュームポンプ１４０Ｂを有する。流体吸引部１４０は、ダイシングリング１１０の内側部分から流体を鉛直下方に吸引する。

図４に示すように、第２の工程では、図３の状態に続いて、アクチュエータ１１５がダイシングリング１１０を鉛直上方に駆動する。

アクチュエータ１１５がダイシングリング１１０を鉛直上方に駆動すると、ダイシングリング１１０と部材１２０が粘着シート２０を全体的に引き伸ばす。これによって、半導体ウェーハ１０が改質層１０Ｃで破断し、複数のチップ１０Ｄに分断される。なお、これとは逆に、ダイシングリング１１０は固定部材であり、部材１２０が鉛直下方に駆動される態様であってもよい。

半導体ウェーハ１０が複数のチップに分断される際に、破断面を中心にシリコン屑等が発生するため、これがチップ１０Ｄの主面に付着しないようにする必要がある。

流体供給部１３０及び流体吸引部１４０は、アクチュエータ１１５の駆動（エキスパンド）に先だって作動開始し、一定時間流体を供給及び吸引する。なお、流体供給部１３０及び流体吸引部１４０は、アクチュエータ１１５の駆動と略同時に作動開始してもよい。

これによって、流体供給部１３０及び流体吸引部１４０は、半導体ウェーハ１１０の裏面１１０Ｂの側から主面１１０Ａの側に向けて、引き伸ばされた粘着シート１０の孔部及び複数のチップ１０Ｄの間隙を通して流体を流すことができる。

この流体は、半導体ウェーハ１０の破断によって生じたシリコン屑等を押し流し、生成されたチップ１０Ｄ（特に主面）に付着しないように作用する。また、チップ１０Ｄの主面は鉛直下方に向けられているため、重力によってシリコン屑等がチップ１０Ｄの主面に押しつけられることがない。また、スリット部材１４０Ａは、半導体ウェーハ１１０から落下してくるシリコン屑等を挟み込み、鉛直上方に向けて舞い上がるのを防止している。

これらによって、半導体ウェーハ１０の分断時に、チップ１０Ｄの主面へのシリコン屑等の付着を、より強力に抑制することができる。

ここで、流体供給部１３０が供給する流体は、気体又は液体である。いずれを使用する場合も、静電気を発生しにくいものを使用すると好適である。液体の場合は、電気を通しにくい液体（純水、アルコール、ベンゼン系の液体）は使用しない方が望ましく、純水に二酸化炭素を溶かし込んで被抵抗を下げた液体等を使用するとよい。これによって、チップ１０Ｄの主面へのシリコン屑等の付着を、更に強力に抑制することができる。

また、表面張力も切り分けたチップ同士をくっつける作用を生じるので、例えば界面活性剤を添加して表面張力を弱くした液体を使用すると好適である。

また、流体供給部１３０及び流体吸引部１４０が流す流体は、層流の状態となるように設定されると好適である。これによって、流体が乱流の状態となり、シリコン屑等に浮力を与えて鉛直下方への落下を妨げるという不都合を抑制することができる。

流体を層流とするための要件は、次式（１）で示されるレイノルズ数を２０００以下とすることである。

（レイノルズ数）＝（流体の平均流速［m/sec］）×（エキスパンド後のチップ１０Ｄの間隔［m］）／（流体の動粘性係数［m²/sec］） …（１）

ここで、流体としてドライエアーを用いた場合の具体的数値について説明する。ドライエアーの動粘性係数は13.35×10^-6［m²/sec］である。エキスパンド後のチップ１０Ｄの間隔は任意に決定可能な事項であるが、例えば0.001［m］とする。この場合、流体の平均流速を、26.7［m/sec］以下とすればよい。

従って、例えばエキスパンド後のチップ１０Ｄの間隔が0.001［m］となるようにアクチュエータ１１５の駆動量を決定しておき、更に、ドライエアーの平均流速が26.7［m/sec］以下となるように流体供給部１３０の単位時間あたりのドライエアー供給量、スリット部材１４０Ａの間隔、バキュームポンプ１４０Ｂの単位時間あたりのドライエアー吸引量等を設定すれば、流体は、層流の状態とすることができる。

図５は、本実施例に係るエキスパンド方法を含む半導体製造方法の各手順を、順に説明したフローチャートである。なお、少なくともＳ２４０〜Ｓ２７０の工程は、エキスパンド装置１００によって自動的に行われる。

まず、半導体ウェーハ１０の主面１０Ａに、例えばＭＥＭＳデバイスとなる素子が形成される（Ｓ２００）。

次に、半導体ウェーハ１０の分断予定線にレーザーを照射し、その後冷却して、改質層１０Ｃが格子状に形成される（Ｓ２１０）。

次に、半導体ウェーハ１０の裏面１０Ｂに、粘着シート２０が貼り付けられる（Ｓ２２０）。

次に、粘着シート２０が貼り付けられた半導体ウェーハ１０が、エキスパンド装置１００に搭載される（Ｓ２３０）。

次に、流体供給部１３０及び流体吸引部１４０が作動開始する（Ｓ２４０）。

次に、アクチュエータ１１５がダイシングリング１１０を駆動し、半導体ウェーハ１０が分断されて複数のチップが生成される（Ｓ２５０）。

そして、一定時間経過後、流体供給部１３０及び流体吸引部１４０が停止し（Ｓ２６０、Ｓ２７０）、複数のチップがエキスパンド装置１００及び粘着シート２０から取り外され、半導体製造工程が終了する。

以上説明した本実施例のエキスパンド方法、及びエキスパンド装置１００によれば、半導体ウェーハ１０の分断時に、チップ１０Ｄの主面へのシリコン屑等の付着を、より強力に抑制することができる。

また、伸縮可能な素材で形成されると共に孔部が形成された粘着シート２０は、本実施例のエキスパンド方法、及びエキスパンド装置１００において、好適に使用することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本実施例のエキスパンド方法、及びエキスパンド装置１００は、レーザーダイシング法に好適に適用されるものであるが、ブレードを用いたダイシング法において、半導体ウェーハ１０を完全に破断しない場合（ハーフカット）にも適用可能である。この場合、半導体ウェーハ１０はエキスパンドされる際に、ブレードによって形成された切り込みに沿って分断される。

１０ 半導体ウェーハ
１０Ａ 主面
１０Ｂ 裏面
１０Ｃ 改質層
１０Ｄ チップ
２０ 粘着シート
２０Ａ 孔部
１００ エキスパンド装置
１１０ ダイシングリング
１１５ アクチュエータ
１２０ 部材
１３０ 流体供給部
１４０ 流体吸引部
１４０Ａ スリット部材
１４０Ｂ バキュームポンプ

Claims (12)

1. 半導体ウェーハをエキスパンドしてチップを生成するエキスパンド方法であって、
   前記半導体ウェーハの裏面に、伸縮可能な素材で形成されると共に孔部が形成された粘着シートを貼り付ける第１の工程と、
   前記粘着シートが貼り付けられた前記半導体ウェーハの裏面を鉛直上方に向けた状態で前記粘着シートを引き伸ばし、前記半導体ウェーハを複数のチップに分断する第２の工程と、を含み、
   前記第２の工程において、前記引き伸ばされた粘着シートの孔部及び前記複数のチップの間隙を通して、前記半導体ウェーハの裏面側から主面側に向けて流体を流すことを特徴とする、
   エキスパンド方法。
2. 請求項１に記載のエキスパンド方法であって、
   前記第２の工程において、層流の状態で前記流体を流すことを特徴とする、
   エキスパンド方法。
3. 請求項２に記載のエキスパンド方法であって、
   前記第２の工程において流す流体は、前記流体の平均流速にエキスパンド後のチップ間隔を乗じ、前記流体の動粘性係数で除したレイノルズ数を２０００以下とすることにより、層流の状態とされることを特徴とする、
   エキスパンド方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエキスパンド方法であって、
   前記流体として、純水に二酸化炭素を溶かし込んだ液体を用いることを特徴とする、
   エキスパンド方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエキスパンド方法であって、
   前記流体として、界面活性剤を添加した液体を用いることを特徴とする、
   エキスパンド方法。
6. 半導体ウェーハをエキスパンドしてチップを生成するためのエキスパンド装置であって、
   半導体ウェーハに貼り付けられ、孔部が形成された粘着シートを引き伸ばすことにより前記半導体ウェーハを複数のチップに分断するための駆動手段と、
   前記駆動手段が動作する際に、前記引き伸ばされた粘着シートの孔部及び前記複数のチップの間隙を通して、鉛直上方から鉛直下方に向けて流体を流す流体発生手段と、
   を備えるエキスパンド装置。
7. 請求項６に記載のエキスパンド装置であって、
   前記流体発生手段は、鉛直上方から前記粘着シートに対して前記流体を供給する流体供給部と、前記粘着シートに供給された前記流体を鉛直下方に吸引する流体吸引部と、を含む、
   エキスパンド装置。
8. 請求項７に記載のエキスパンド装置であって、
   前記流体吸引部は、前記流体の流路を部分的に狭めるためのスリット形状を有する部材を含む、
   エキスパンド装置。
9. 請求項６ないし８のいずれか１項に記載のエキスパンド装置であって、
   前記流体発生手段は、層流の状態で前記流体を流すことを特徴とする、
   エキスパンド装置。
10. 請求項９に記載のエキスパンド装置であって、
    前記流体発生手段は、前記流体の平均流速にエキスパンド後のチップ間隔を乗じ、前記流体の動粘性係数で除したレイノルズ数を２０００以下とすることにより、層流の状態で前記流体を流すことを特徴とする、
    エキスパンド装置。
11. 請求項６ないし１０のいずれか１項に記載のエキスパンド装置であって、
    前記流体発生手段は、純水に二酸化炭素を溶かし込んだ液体を流すことを特徴とする、
    エキスパンド装置。
12. 請求項６ないし１１のいずれか１項に記載のエキスパンド装置であって、
    前記流体発生手段は、界面活性剤を添加した液体を流すことを特徴とする、
    エキスパンド装置。