JP6184341B2

JP6184341B2 - 半導体基板の切断方法

Info

Publication number: JP6184341B2
Application number: JP2014028116A
Authority: JP
Inventors: 大野　克巳; 克巳大野; 幸博徳
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: JP2015153965A

Description

この発明は、半導体基板を分割する切断方法に関するものである。

従来の半導体基板分割方法では、例えば特許文献１にあるように、分割する半導体基板の表面に、あらかじめ分割起点となる溝またはクラックを形成後、溝を広げる方向に張力がかかるよう３点曲げを行い、半導体基板を分割している。
また、特許文献２のように、あらかじめ半導体基板に溝を掘った後、レーザ光を吸収する液体を満たし、ここにレーザを照射することで、液体の体積膨張や蒸気圧により分割する方法も開示されている。

特開２０１２−１２４１８７号公報（段落０００２、００１４、図３）特開２００３−２３０９７８号公報（段落００４３〜００４５）

このような半導体基板の切断方法にあっては、機械的に3点曲げ力を加えるため、切断
後の半導体素子が小型になるにつれ、支点間距離が狭まってしまう。これが、半導体基板厚に対して同等以下の距離になると、切断するための力が阻害され、半導体基板の分割ができなくなるという問題があった。
また、レーザを使用して液体の膨張圧を使用する方法では、半導体基板の種類や必要な清浄度により適当な液体が存在せず適用できなかったり、液体の飛散や浸透による半導体素子の汚染が問題になるため適用が難しいという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、半導体素子の汚染を最低限としつつ、より小型の半導体素子に対応した、半導体基板の切断方法を得ることを目的としている。

この発明に係る半導体基板の切断方法は、
半導体基板の表面あるいは内部に、前記半導体基板を厚み方向に切断する起点となる亀裂が形成されており、前記半導体基板の下面に前記半導体基板を保持する固定用シートを固定した半導体基板を厚み方向に切断する方法であって、前記半導体基板と前記固定用シートの界面に近い前記半導体基板の厚み方向の位置で、かつ前記亀裂に対応する位置にレーザ光を収束させつつ前記レーザ光を前記亀裂に沿って移動させながら照射し、前記半導体基板の内部の部材を加熱し蒸発させ、この蒸発物により、前記半導体基板と前記固定用シートの界面に圧力の高い空洞を形成することで、上方向に押し上げる力を発生させることにより、前記亀裂を前記半導体基板の厚み方向に進展させ、前記半導体基板を所定の位置で厚み方向に切断するものである。
また、この発明に係る半導体基板の切断方法は、
半導体基板の表面あるいは内部に、前記半導体基板を厚み方向に切断する起点となる亀裂を形成するとともに、前記半導体基板の下面に前記半導体基板を保持する固定用シートを固定した半導体基板を厚み方向に切断する方法であって、前記固定用シートの内部の厚み方向の位置で、かつ前記亀裂に対応する位置にレーザ光を収束させつつ前記レーザ光を前記亀裂に沿って移動させながら照射し、前記固定用シートの内部の部材を加熱し蒸発させることで、前記亀裂を前記半導体基板の厚み方向に進展させ、前記半導体基板を所定の位置で厚み方向に切断するものである。

この発明によれば、半導体基板と固定用シート界面の半導体基板の表面側に、半導体基板を透過するレーザ光を集中することで、半導体基板を切断する力を発生させることができると同時に、レーザ光が半導体基板の中まで貫通するため、半導体基板内部での半導体基板材料の膨張圧を有効に利用できるとともに、半導体基板から噴出した分解ガスや蒸気が半導体基板と固定用シートの間に閉じ込められることで、半導体基板を突き上げる力を生じ、さらに半導体基板が切断しやすくなるという顕著な効果を奏するものである。また、固定用シートにより、レーザ加工による反応生成物の飛散範囲が制限されるため、反応生成物による汚染範囲が最小限となる効果もある。
また、固定用シート内部にレーザ光を集中させることで、固定用シート内部に分解および蒸発部位を形成することで、半導体基板を突き上げる力を生じ、半導体基板を切断できるという顕著な効果を奏するものである。また、固定用シート内のみで分解および蒸発するため、半導体基板に対し汚染を最小限とすることができる。

本発明の実施の形態１による半導体基板の加工を示す断面図である。本発明の実施の形態２による半導体基板の加工を示す断面図である。本発明の実施の形態１による半導体基板の加工を示す斜視図である。本発明の実施の形態１による半導体基板の加工状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態４による半導体基板の加工を示す斜視図である。本発明の実施の形態７による半導体基板の加工を示す斜視図である。

実施の形態１．
図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の実施の形態１による半導体基板の切断方法を示す斜視図であり、図１は図３のＡ−Ａ‘視の断面図である。図１（ａ）において、ＳｉやＧａＡｓまたはＩｎＰ等の材料で構成されている半導体基板１には、あらかじめ亀裂が形成されている（以下では、この亀裂を予備亀裂と呼ぶ）。予備亀裂３は、図３（ａ）のように、半導体基板１の表面を切断予定線に沿って、ダイヤモンドポイントによりスクライブされることで、半導体基板１の厚み方向に沿った方向に形成されている。予備亀裂３の深さは、通常、半導体基板１の厚みの５％〜８０％の深さとなっている。半導体基板１は、この半導体基板１を固定するための粘着性表面を持つ固定用シート２により位置を固定されている。固定用シート２は、その延長方向で半導体基板１の載っていない周辺部分にある固定用リングに接着され、この固定用リングが分割用装置（図示せず）に固定されている。

次に、図１（ｂ）に示したように、半導体基板１および固定用シート２を透過する波長のレーザ光５（たとえば1064nmの波長）は、予備亀裂３から固定用シート２の間の半導体基板と固定用シートの界面近傍４の、予備亀裂３は進行していないが予備亀裂３の延長方向（例えば、半導体基板に垂直な下方向）の領域、に収束点を結ぶよう収束する（以下ではこの収束点を結ぶ位置を予備亀裂に対応する位置と呼ぶ）。レーザ光５は、Ｑスイッチパルスレーザなどパルス光で、パルス幅が数ｎｓ〜数１００ｎｓであるため、レーザ光５をＮ．Ａ．０．４程度の収束角で収束すると、収束点でのレーザ光パワー密度が数ＭＷ／ｃｍ^２程度となる。パワー密度が多光子吸収効果をもたらす程度に高くなる場合、半導体基板の1次の分光吸収率から見て吸収されない波長のレーザ光であっても、半導体基板材
料の多光子吸収効果が主となって、半導体基板に1次の分光吸収率分よりも強く吸収されるようになる。結果として、レーザ光５のエネルギーは収束点で半導体基板に吸収され、収束点の半導体基板材料が分解および蒸発する。

図１（ｃ）に示したように、レーザ光５の収束点を、半導体基板１の内部に設定しているため、加熱された瞬間は、おもに半導体基板内で半導体基板が溶融、分解および蒸発し、発生する熱応力および蒸気圧により、亀裂を開口する力８が発生する。溶融蒸発が進行するにつれ、半導体基板１の固定用シート２側に開口が生じ、ここから半導体基板の溶融物および分解ガスならびに蒸発物が噴出し、半導体基板を押し上げる力１０が発生する。同時に、固定用シート２が噴出側にあるため、半導体基板１と固定用シート２の界面には、圧力の高い空洞７が形成され、この空洞内に充満した半導体基板１からの分解物ガスおよび蒸発物が半導体基板を上方向に押し上げる力９が発生する。この２つの力の合力を中央支点とし、予備亀裂に対して対称な位置にある固定用シート２の固定力１１が両端支点となって、半導体基板を３点曲げ形状に変形させるため、レーザ収束点を中心とした予備亀裂３が図４の予備亀裂進展部３０に示すように予備亀裂３のある面に沿って、予備亀裂３が進展する。この加工を予備亀裂３に沿って（ここで「沿って」とは、図３（ａ）で説明すると、符号３の点線で示した楕円状の周の形状に対応して収束させたレーザ光を移動させることを意味する）繰り返す（ここで「繰り返す」とは前記の楕円状の周上の点ごとにレーザ光を集光させて予備亀裂を進展させることを意味する）ことで、半導体基板を完全に切断することが可能となる。

なお、半導体基板材料の分解ガスおよび蒸発物は、固定用シート２に形成された空洞７の範囲、たとえばダイシングストリートのような切断用の半導体形成面外に限定されるので、半導体形成面内に飛び散って、半導体形成部を汚染することが無くなる。また半導体基板内に収束するため、半導体基板内に形成された切断溝６の幅はアブレーション加工のように半導体基板表面に収束させる場合より狭くでき、半導体基板に対するダメージがダイシングストリート内に限定される効果も生まれる。

レーザ光５の照射後、形成された空洞７は、冷却されるにつれ体積が減少し、一旦３点曲げ形状に曲げられた半導体基板１が、元の平らな状態に戻る。

実施の形態２．
図２は本発明実施の形態２による半導体基板の切断方法を示す断面図である。構成は実施の形態１と同様であるが、レーザ光５の収束点が、半導体基板１内ではなく、固定用シート２内となっていることが異なる。また空洞１２が固定用シート２内にあることが異なる。固定用シート２の材質により、分解および蒸発に必要なパワー密度は変化するが、ポリビニルアルコール系のシートであれば、半導体基板に用いるのと波長および出力が同一のレーザにて、固定用シート内に溶融蒸発部を形成することができる。

レーザ光を固定用シート内に収束すると、固定用シート内に分解ガスおよび蒸発物が形成されるため、このガスや蒸気が膨張することで、空洞１２が形成され、結果として半導体基板を押し上げる力１３が発生する。これを中央支点とし、予備亀裂３にたいして対称な位置にある固定用シート２の固定力（粘着力）１１により、半導体基板１が３点曲げの力を受けるので、実施の形態１と同様に初期亀裂である予備亀裂３が進行し、半導体基板１を切断することが可能となる。

この場合、溶融蒸発部が固定用シート２の中に限定されるため、溶融蒸発物が空洞１２の中に閉じ込められることで、固定用シート２の材質や分解物が、半導体基板に付着することを防止できるという効果もある。

実施の形態３．
実施の形態１および２において、固定用シート２の半導体基板１が載せられている面の反対側に、溶融石英ガラスのように、レーザ光５に対して透明で、固定用シートに対してヤング率が100倍以上の基板を密着させて設けることで、レーザ光５によって形成される、空洞７や空洞１２の膨張による固定用シート２の、半導体基板１と逆側に発生する変形を制限することが可能となり、主に空洞７や空洞１２（図１、および図２参照）が半導体基板１側に膨張するため、結果として半導体基板を切断する力が増加し、効率的に半導体基板を切断することが可能となる。

また、レーザ光５の収束点を、固定用シート２の厚み方向中心より半導体基板１側に設定することで、固定用シート２の収束点より半導体基板側を薄くし、逆側を厚くすることで逆側にシートが変形しにくくなるため、上記溶融ガラスと同等の効果をもたらすことも可能である。

実施の形態４．
実施の形態１〜３においては、半導体基板１に形成された予備亀裂３の直下にレーザ光５を照射しているが、図５のように予備亀裂３が半導体基板１の全面に形成されず、飛び飛びとなっている場合は、飛び飛びになっている亀裂の間にレーザ光５を照射することで、亀裂を進行させてもよい。

また、予備亀裂３が図３（ｂ）のように半導体基板１の一部にしか形成されていない場合、予備亀裂３の先頭部分（先頭部分とは図３（ｂ）の上側の尖った部分）と固定用シートの間にある半導体基板内部に、レーザ光５を照射し、予備亀裂を進行させながら、予備亀裂の先頭部分の移動に伴い、レーザ光５の照射位置をずらしつつ、半導体基板を切断していってもよい。

実施の形態５．
複数のレーザ光５を繰り返し照射する場合、レーザ光５の照射間隔は、加工部分が連続するように照射するのではなく、加工痕間に、加工の無い部分が残るようにピッチを離して加工することで、それぞれの加工時、直前に加工され半導体基板と固定用シート界面の状態が粗になった部分に蒸気が漏れて、蒸気圧を減少させないようにすることが望ましい。

実施の形態６．
また、実施の形態４の場合でも、それぞれの予備亀裂ごとに実施の形態１と同様なレーザ照射を行うことで、同様に切断することができる。

実施の形態７．
同様に、図６のように半導体基板をダイス状に切断するよう、予備亀裂３が直交している場合でも、それぞれの予備亀裂３に対して実施の形態１と同様にレーザ光５を当てることで、独立した個々の予備亀裂３ごとに半導体基板を切断することができる。具体的には、図の縦方向の予備亀裂３ａの下側と上側を予備亀裂３ａに沿ってまず切断し、その後、半導体基板と固定用シートを分割用装置の設置角度を９０度変更して、図の横方向の予備亀裂３ｂの左側と右側を予備亀裂３ｂに沿って切断し、結果として、この半導体基板を４分割する。

実施の形態８．
また、予備亀裂３の半導体基板表面方向の延長形状が、直線の組み合わせ以外に、曲線と組み合わさっていても、レーザ加工点を曲線に沿わせて繰り返し照射することで、同様に加工できる。

実施の形態９．
実施の形態１〜４において、レーザ光５は固定用シート２側から照射しているが、レーザ光５が半導体基板１や固定用シート２を透過する波長（たとえば1064nmの波長）のため、表面に形成されている半導体素子を避けて、レーザ光５を半導体基板内に透過させることが可能であれば、照射方向が半導体基板１側からであっても良い。予備亀裂３をレーザで加工する場合、半導体基板１の表面側から照射するほうが、各半導体素子パターンが直接観察できるため、半導体基板が切り離された最終状態である半導体チップに対して精度よく予備亀裂３の位置を決めることができる。

この場合、予備亀裂３を形成したレーザは半導体基板内部を加工できるパワー密度と波長をもつので、これをそのまま利用して、実施の形態１〜８と同様の効果を得ることができるようになるため、予備亀裂３と半導体基板の切断を、レーザ光５を固定用シート側から照射して切断する場合よりも精度をあげつつ行うことが可能である。固定用シート側から照射する場合に比較して各半導体素子パターンが直接観察できるためである。

実施の形態１０．
実施の形態１に、実施の形態９を適用する場合、半導体基板１の固定用シート２側に金（Ａｕ）膜やＩｎＧａＡｓＰ膜のような、レーザ光５が透過しない膜があっても、レーザ光５を半導体基板１表面から照射して半導体基板１の収束部分が分解や蒸発することにより膨張した際、その熱により溶融して分解や蒸発する材料であれば、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能となる。

実施の形態１１．
実施の形態２の場合、半導体基板１の固定用シート２側に、金（Ａｕ）膜やＩｎＧａＡｓＰ膜のようなレーザ光５を通さない膜があっても、同様の効果を得ることができる。また、固定用シート２の半導体基板１側に、粘着層などのレーザ光５を通さない膜があっても良い。

以上の説明において、予備亀裂３はダイヤモンドポイントでスクライブされることにより半導体基板１の表面から内部に形成する例を示したが、これに限らず、レーザ光を用いて形成してもよい。レーザ光を用いた場合には、半導体基板１の表面から内部に、あるいは内部にのみ予備亀裂３を形成することが可能である。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１半導体基板、２固定用シート、３、３ａ、３ｂ予備亀裂、４半導体基板と固定用シートの界面近傍、５レーザ光、６切断溝、７空洞、８亀裂を開口する力、９半導体基板を上方向に押し上げる力、１０、１３半導体基板を押し上げる力、１１固定用シートの固定力、３０予備亀裂進展部。

Claims

半導体基板の表面あるいは内部に、前記半導体基板を厚み方向に切断する起点となる亀裂が形成されており、前記半導体基板の下面に前記半導体基板を保持する固定用シートを固定した半導体基板を厚み方向に切断する方法であって、前記半導体基板と前記固定用シートの界面に近い前記半導体基板の厚み方向の位置で、かつ前記亀裂に対応する位置にレーザ光を収束させつつ前記レーザ光を前記亀裂に沿って移動させながら照射し、前記半導体基板の内部の部材を加熱し蒸発させ、この蒸発物により、前記半導体基板と前記固定用シートの界面に圧力の高い空洞を形成することで、上方向に押し上げる力を発生させることにより、前記亀裂を前記半導体基板の厚み方向に進展させ、前記半導体基板を所定の位置で厚み方向に切断することを特徴とする半導体基板の切断方法。
半導体基板の表面あるいは内部に、前記半導体基板を厚み方向に切断する起点となる亀裂を形成するとともに、前記半導体基板の下面に前記半導体基板を保持する固定用シートを固定した半導体基板を厚み方向に切断する方法であって、前記固定用シートの内部の厚み方向の位置で、かつ前記亀裂に対応する位置にレーザ光を収束させつつ前記レーザ光を前記亀裂に沿って移動させながら照射し、前記固定用シートの内部の部材を加熱し蒸発させることで、前記亀裂を前記半導体基板の厚み方向に進展させ、前記半導体基板を所定の位置で厚み方向に切断することを特徴とする半導体基板の切断方法。
前記固定用シートの前記半導体基板が固定されている面の反対側に、前記レーザ光に対して透明で、前記固定用シートに対してヤング率が100倍以上の基板を設け、前記半導体
基板を所定の位置で厚み方向に切断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体基板の切断方法。
前記亀裂が複数ある場合において、前記レーザ光を照射する前記亀裂に対応する位置は、前記レーザ光の照射前に予め形成された各亀裂の間であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体基板の切断方法。
前記レーザ光は、前記固定用シート側あるいは前記半導体基板側から照射されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体基板の切断方法。