JP6029348B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエーハの加工方法に関し、特に裏面に接着シートが貼着されたチップを形成するウエーハの加工方法に関する。

半導体デバイス製造プロセスにおいては、複数のＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスが表面に形成された半導体ウエーハを個々のチップへと分割することで半導体デバイスが形成される。

分割された半導体デバイスは、金属製基板（リードフレーム）やテープ基板等にダイボンディングされ、これらの金属製基板やテープ基板が分割されることで個々の半導体チップが製造される。こうして製造された半導体チップは、携帯電話やパソコン等の各種電気機器に広く使用されている。

半導体デバイスを基板上にダイボンディングするには、基板上の半導体デバイス搭載位置に半田やＡｕ‐Ｓｉ共晶、樹脂ペースト等の接着剤を供給してその上に半導体デバイスを載置して接着する方法が用いられている。

近年では、例えば特開２０００−１８２９９５号公報に開示されているように、予め半導体ウエーハの裏面にＤＡＦ（ダイアタッチフィルム）と称される接着シートを接着しておく方法が広く採用されている。

即ち、ＤＡＦが接着された半導体ウエーハを個々のチップへと分割することで、接着シートが裏面に装着された半導体チップを形成する。その後、半導体チップ裏面のＤＡＦを介して基板上にダイボンディングすることで、使用する接着剤を最小限とし、また半導体チップの搭載エリアを最小にできるというメリットがある。

ＤＡＦ付きチップを形成するには、例えば以下の方法がある。

（ａ）裏面に接着シート（ＤＡＦ）を貼着したウエーハを切削ブレードで切削する方法。

（ｂ）個々のチップへ分割したウエーハに接着シートを貼着し、レーザービームで接着シートを破断する方法。

（ｃ）個々のチップへ分割したウエーハに接着シートとエキスパンドシートとを貼着し、又は分割起点を形成したウエーハに接着シートとエキスパンドシートとを貼着し、エキスパンドシートを拡張することでウエーハや接着シートを破断する方法。

特開２０００−１８２９９５号公報

しかし、（ａ）の方法では、切削ブレードで接着シートを切断することで切削ブレードに目詰まりが生じたり、接着シートにひげ状のばりが生じ、このひげ状のばりがウエーハ表面側に巻き上がり、デバイスに付着してデバイス不良等を引き起こす恐れがある。

また、（ｂ）に示す方法では、個々のチップに分割したウエーハに接着シートを貼着する際に、チップ同士が動いてしまう所謂ダイシフトが発生する。ダイシフトが発生すると、隣接するチップの間隔で形成されるレーザービームを照射すべきラインが真っ直ぐではなく曲がってしまったり、時にはデバイスチップ間の隙間がなくなってしまう。

レーザービームを照射すべきラインが曲がると、その曲がりに追従させてレーザービームを照射する必要があり、非常にレーザービーム照射の制御が難しくなる上、チップ間の隙間がなくなってしまうと、レーザービームの照射ができなくなってしまうという問題が生じる。

更に、（ｃ）の方法では、例えばチップサイズが１ｍｍ角以下と小さい場合には、エキスパンドシートを拡張しても接着シートが破断されない領域が発生する恐れがある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上述した問題を解決するウエーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、交差する複数の分割予定ラインを有するウエーハの加工方法であって、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点をウエーハ内部に位置付けるとともに該レーザービームを該分割予定ラインに沿って照射して、ウエーハ内部に該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、ウエーハに外力を付与して該改質層を分割起点にウエーハを該分割予定ラインに沿って個々のチップへと分割する分割ステップと、ウエーハの裏面に紫外線の照射によって硬化する接着シートを貼着するとともに、該接着シート上に粘着シートを貼着するシート貼着ステップと、個々のチップへと分割されるとともに該接着シートと該粘着シートが裏面に貼着されたウエーハに対して、該粘着シートを拡張して該接着シートは破断せずに隣接するチップ間に間隔を形成する粘着シート拡張ステップと、該粘着シート拡張ステップを実施した後、ＬＥＤからなる紫外線照射ランプを使用してウエーハの表面から紫外線を照射して、加熱による該接着シートの変質を防ぎつつ隣接する該チップ間の該接着シートを硬化させて収縮させることで該接着シートを該チップに沿って破断させる紫外線照射ステップと、該紫外線照射ステップを実施した後、裏面に該接着シートが貼着された個々のチップを該粘着シート上からピックアップするピックアップステップと、を備えたことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

本発明の加工方法によると、紫外線の照射によって硬化する接着シートを用いるため、ウエーハの表面から紫外線を照射することで、チップ間の接着シートが硬化し収縮することで接着シートがチップに沿って破断される。

紫外線照射によって破断されたチップとチップの間の接着シート部分は、粘着シート上に貼着されているため、裏面に接着シートが貼着されたチップをピックアップしても粘着シート上に残存する。

従って、接着シートのひげ状のばりが発生することが防止されるとともに、未破断領域が発生することを防止できる。また、レーザービームの照射による接着シートの破断が不必要となる。

半導体ウエーハの表面側斜視図である。 表面保護テープを介して環状フレームに支持され半導体ウエーハの断面図である。 レーザービーム照射ユニットのブロック図である。 改質層形成ステップを説明する断面図である。 分割ステップに使用されるエキスパンド装置の縦断面図である。 分割ステップによりデバイスチップに分割されたウエーハの断面図である。 シート貼着ステップを説明する断面図である。 粘着シート拡張ステップを説明するエキスパンド装置の縦断面図である。 紫外線照射ステップを示す断面図である。 ピックアップステップを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の加工方法の加工対象となる半導体ウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。半導体ウエーハ（以下ウエーハと略称することがある）１１は、例えば研削により薄化された厚さが１００μｍのシリコンウエーハから成っており、表面１１ａに複数の分割予定ライン（ストリート）１３が格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にそれぞれＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

このように構成されたウエーハ１１は、デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９をその表面１１ａに備えている。また、ウエーハ１１の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ２１が形成されている。

本発明のウエーハの加工方法では、半導体ウエーハ１１の表面１１ａに形成されたデバイス１５を保護するために、図２に示すように、ウエーハ１１の表面１１ａに表面保護テープ２３を貼着する。そして、表面保護テープ２３の外周部を環状フレームＦに貼着する。これにより、ウエーハ１１は表面保護テープ２３を介して環状フレームＦに支持された状態となる。

本発明実施形態のウエーハの加工方法では、まず、レーザー加工装置によりウエーハ１１に対して透過性を有する波長のレーザービームを分割予定ライン１３に沿って照射して、ウエーハ１１内部に分割予定ライン１３に沿った改質層を形成する改質層形成ステップを実施する。

図３を参照すると、レーザー加工装置のレーザービーム照射ユニット１２のブロック図が示されている。レーザービーム照射ユニット１２は、レーザービーム発生ユニット１４と、加工ヘッドとなる集光器１６とから構成される。

レーザービーム発生ユニット１４は、ＹＡＧレーザー又はＹＶＯ４レーザーを発振するレーザー発振器１８と、繰り返し周波数設定手段２０と、パルス幅調整手段２２と、パワー調整手段２４とを含んでいる。

レーザービーム発生ユニット１４のパワー調整手段２４により所定パワーに調整されたパルスレーザービームは、集光器１６のミラー２６で反射され、更に集光用対物レンズ２８により集光されてレーザー加工装置のチャックテーブル３０に保持されている半導体ウエーハ１１に照射される。本実施形態の改質層形成ステップでは、好ましくは、ウエーハ１１の裏面１１ｂ側からパルスレーザービームが照射される。

この改質層形成ステップを実施する前に、集光器１６とウエーハ１１の分割予定ライン１３とを整列させるアライメントステップを実施するが、アライメントステップはよく知られたステップであるので本明細書ではその説明を省略する。

改質層形成ステップでは、集光器１６からウエーハ１１に対して透過性を有する波長のパルスレーザービームをウエーハ１１の内部に集光点を合わせて照射して、チャックテーブル３０を加工送りすることによりウエーハ１１の内部に分割予定ライン１３に沿った改質層２５を形成する。

チャックテーブル３０を割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿って次々と改質層２５を形成する。次いで、チャックテーブル３０を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿っても同様な改質層２５を形成する。この改質層２５は、溶融再硬化層として形成される。改質層２５は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。

この改質層形成ステップにおける加工条件は、例えば次のように設定されている。

光源 ：ＬＤ励起Ｑスイッチ Ｎｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス出力 ：１０μＪ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒

改質層形成ステップ実施後、ウエーハ１１に外力を付与して改質層２５を分割起点にウエーハ１１を分割予定ライン１３に沿って個々のデバイスチップ２７へと分割する分割ステップを実施する。この分割ステップは、例えば図５に示すようなエキスパンド装置５２を使用したテープエキスパンドにより実施する。

エキスパンド装置５２は、環状フレームＦを保持するフレーム保持ユニット５４と、フレーム保持ユニット５４に保持された環状フレームＦに装着された表面保護テープ２３を拡張する拡張ドラム６０を具備している。

フレーム保持ユニット５４は、環状のフレーム保持部材５６と、フレーム保持部材５６の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ５８とから構成される。フレーム保持部材５６の上面は環状フレームＦを載置する載置面５６ａを形成しており、この載置面５６ａ上に環状フレームＦが載置される。

そして、載置面５６ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ５８によってフレーム保持部材５６に固定される。このように構成されたフレーム保持ユニット５４は駆動ユニット６２により上下方向に移動される。駆動ユニット６２は複数のエアシリンダ６４を備えており、エアシリンダ６４のピストンロッド６６はフレーム保持部材５６の下面に連結されている。

複数のエアシリンダ６４から構成される駆動ユニット６２は、環状のフレーム保持部材５６を、その載置面５６ａが拡張ドラム６０の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム６０の上端より第１所定量下方の分割位置と、第１所定量より大きい第２所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動する。

この分割ステップでは、図５に示すように、ウエーハ１１を表面保護テープ２３を介して支持した環状フレームＦを、フレーム保持部材５６の載置面５６ａ上に載置し、クランプ５８によってフレーム保持部材５６を固定する。このとき、フレーム保持部材５６はその載置面５６ａが拡張ドラム６０の上端と略同一高さとなる基準位置に位置付けられる。

次いで、エアシリンダ６４を駆動してフレーム保持部材５６を下方に第１所定量、例えば１０ｍｍ程度移動して、フレーム保持部材５６を分割位置に下降させる。これにより、フレーム保持部材５６の載置面５６ａ上に固定されている環状フレームＦも下降するため、環状フレームＦに貼着された表面保護テープ２３は拡張ドラム６０の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。

その結果、表面保護テープ２３に貼着されているウエーハ１１には放射状に引張力が作用し、ウエーハ１１は改質層２５を分割起点に個々のデバイスチップ２７に分割される。尚、分割ステップはテープエキスパンドに限定されるものではなく、メカニカルブレーキング等の他の分割方法でも採用可能である。

図４に示した改質層形成ステップでは、研削により薄化したウエーハ１１に改質層２５を形成しているが、薄化する前のウエーハに改質層を形成し、分割する前にウエーハを薄化するか、或いは分割した後にウエーハを薄化するようにしてもよい。

分割ステップを実施した後、ウエーハ１１の裏面１１ｂにＤＡＦ（ダイアタッチフィルム）と称される接着シートを貼着し、更にその上に粘着シートを貼着するシート貼着ステップを実施する。

即ち、図７に示すように、ウエーハ１１の裏面１１ｂに紫外線の照射によって硬化するＤＡＦ２９を貼着し、更にその上に粘着シートＴを貼着する。そして、粘着シートＴの外周部を環状フレームＦに貼着する。

粘着シートＴは紫外線の照射によって硬化しない粘着シートが好ましいとともに、エキスパンド性を有している粘着シートが好ましい。更に、このシート貼着ステップでは、ウエーハ１１の表面１１ａ及び環状フレームＦから表面保護テープ２３を剥離する。尚、このシート貼着ステップは、改質層形成ステップ実施後分割ステップ実施前に実施するようにしてもよい。

シート貼着ステップ実施後、粘着シートＴを半径方向に拡張して、分割されたデバイスチップ２７間の間隔を広げる粘着シート拡張ステップを実施する。この粘着シート拡張ステップは、分割ステップを実施したのと同様な図５に示すエキスパンド装置５２を使用して実施できる。

即ち、図８（Ａ）に示すように、ウエーハ１１をＤＡＦ２９及び粘着シートＴを介して支持した環状フレームＦを、フレーム保持部材５６の載置面５６ａ上に載置し、クランプ５８によってフレーム保持部材５６を固定する。この時、フレーム保持部材５６はその載置面５６ａが拡張ドラム６０の上端と略同一高さとなる基準位置に位置づけられる。

次いで、エアシリンダ６４を駆動してフレーム保持部材５６を下方に約１５ｍｍ程度移動して、図８（Ｂ）に示す拡張位置に下降させる。これにより、フレーム保持部材５６の載置面５６ａ上に固定されている環状フレームＦも下降するため、環状フレームＦに貼着された粘着シートＴは拡張ドラム６０の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。

その結果、粘着シートＴに貼着されているウエーハ１１及びＤＡＦ２９には放射状に引張力が作用し、デバイスチップ２７間の間隔が拡大され、ＤＡＦ（ダイアタッチフィルム）２９は引き伸ばされる。本実施形態では、粘着シート拡張ステップを常温（５〜３５℃程度）で実施することで、拡張によりＤＡＦ２９が破断されてしまうことを防止できる。

粘着シート拡張ステップ実施後、図９に示すように、紫外線ランプ４８からウエーハ１１の表面１１ａに紫外線を照射する紫外線照射ステップを実施する。紫外線ランプ４８はＬＥＤから構成されるのが好ましい。ＬＥＤは発熱が少ないため、加熱によるＤＡＦ２９の変質を防ぐことができる。

この紫外線照射ステップを実施すると、デバイスチップ２７間の間隔が広がっているのでこの広がった間隔を通して紫外線が紫外線硬化型ＤＡＦ２９に照射され、照射された部分３３が硬化して収縮することで、ＤＡＦ２９がデバイスチップ２７に沿って破断される。

本実施形態では、粘着シート拡張ステップを実施した後、紫外線照射ステップを実施しているので、デバイスチップ２７間のＤＡＦ２９を確実に硬化して収縮させ、デバイスチップ２７に沿って破断することができる。

紫外線照射ステップを実施した後、図１０に示すように、裏面にＤＡＦ２９が貼着されたデバイスチップ２７をピックアップコレット５０により粘着シートＴ上からピックアップするピックアップステップを実施する。

上述した実施形態のウエーハの加工方法では、紫外線照射によって硬化するＤＡＦと呼ばれる接着シート２９を用いるため、ウエーハ１１の表面１１ａから紫外線を照射すると、デバイスチップ２７間の紫外線が照射された接着シート部分３３が硬化し収縮することでデバイスチップ２７に沿って破断される。

破断された接着シート部分３３は、粘着シートＴ上に接着されているため、裏面にＤＡＦ２９が貼着されたデバイスチップ２７をピックアップコレット５０でピックアップしても粘着シートＴ上に残存する。

従って、接着シート（ＤＡＦ）２９のひげ状のばりが発生することが防止されるとともに、未破断領域が発生することを防止できる。また、レーザービームによるＤＡＦ２９の破断が不要となる。

１１ 半導体ウエーハ
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１２ レーザービーム照射ユニット
１３ 分割予定ライン
１４ レーザービーム発生ユニット
１５ デバイス
１６ 集光器
２３ 表面保護テープ
２５ 改質層
２７ デバイスチップ
２９ ＤＡＦ（接着シート）
４８ 紫外線ランプ
５０ ピックアップコレット
５２ エキスパンド装置

Claims (1)

1. 交差する複数の分割予定ラインを有するウエーハの加工方法であって、
   ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点をウエーハ内部に位置付けるとともに該レーザービームを該分割予定ラインに沿って照射して、ウエーハ内部に該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、
   ウエーハに外力を付与して該改質層を分割起点にウエーハを該分割予定ラインに沿って個々のチップへと分割する分割ステップと、
   ウエーハの裏面に紫外線の照射によって硬化する接着シートを貼着するとともに、該接着シート上に粘着シートを貼着するシート貼着ステップと、
   個々のチップへと分割されるとともに該接着シートと該粘着シートが裏面に貼着されたウエーハに対して、該粘着シートを拡張して該接着シートは破断せずに隣接するチップ間に間隔を形成する粘着シート拡張ステップと、
   該粘着シート拡張ステップを実施した後、ＬＥＤからなる紫外線照射ランプを使用してウエーハの表面から紫外線を照射して、加熱による該接着シートの変質を防ぎつつ隣接する該チップ間の該接着シートを硬化させて収縮させることで該接着シートを該チップに沿って破断させる紫外線照射ステップと、
   該紫外線照射ステップを実施した後、裏面に該接着シートが貼着された個々のチップを該粘着シート上からピックアップするピックアップステップと、
   を備えたことを特徴とするウエーハの加工方法。

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