JP6267505B2

JP6267505B2 - レーザダイシング方法

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Publication number: JP6267505B2
Application number: JP2013258954A
Authority: JP
Inventors: 翼清水
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2033-12-16
Also published as: JP2015115573A

Description

本発明は、レーザダイシング方法に関するものであり、特に、半導体ウェーハ等の基板の裏面に粘着材で貼り付けられた保護シート、いわゆる粘着シートを通して基板内部にレーザ光を裏面から照射し、その基板内部に連続する改質層を設け、その改質層に沿って個々のチップに割断する、いわゆるＬＴＴ(Laser Through Tape)レーザ加工によるレーザダイシング方法に関するものである。

近年、電子デバイスや電極パターンが形成された半導体ウェーハ等の基板(以下、「半導体ウェーハ」と称する)を個々のチップへと分割するのに、従来のブレード式のダイシング装置に替えて、レーザ光源から出射されたレーザ光を割断予定ラインに合わせるとともに、半導体ウェーハの内部に集光点を合わせて照射し、その内部に脆弱化した改質層を連続して設け、その後、改質層を起点として個々のチップに割断するレーザダイシング加工が知られている。

また、半導体ウェーハの裏面に粘着材で貼り付けられた保護シートを通して、レーザ光を裏面側から割断予定ラインに沿って半導体ウェーハに照射し、その半導体ウェーハ内部に脆弱化した連続する改質層を設け、その割断予定ラインに沿って個々のチップに割断するＬＴＴレーザ加工も知られている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、レーザダイシング加工において、半導体ウェーハのデバイス面側のストリートのＴＥＧ(test element group: LSIに発生する設計上や製造上の問題を見つけ出すための評価用素子)の影響を受けないように、半導体ウェーハの裏面側からレーザ光を入射させるプロセスがある。しかしながら、裏面側から半導体ウェーハにレーザ光を入射させる場合、半導体ウェーハの裏面側にウェーハ研削痕が残っている場合、研削痕の影響でレーザ光が散乱されてしまい、目的通りにレーザ光を改質層の位置に入射させることができない問題が生じる。

さらに、レーザダイシング加工では、上述したように半導体ウェーハを割断(切断)するために、半導体ウェーハの内部に割断予定ラインに沿って複数の改質層を形成する必要がある。また、その改質層は一様の位置に、割断予定ラインに沿って連続的に形成する必要がある。しかし、研削痕の影響により半導体ウェーハ裏面の表面形状が平面ではなく、微小なうねりをもつために光の散乱が生じ、半導体ウェーハ内部にレーザ光が一定に入射せず、そのため一様に改質層を形成できない問題が生じていた。

そこで、研削痕の影響を無くす(研削痕を残さない)ために、研磨(ポリッシュ)工程を実施した後に、レーザダイシング加工を行う方法が知られている。

特開２０１０−１７７２７７号公報

しかしながら、研磨工程を実施した後に、レーザダイシングを行う方法は、研磨工程に多くの作業時間を要してスループットが悪くなるという問題点があった。

そこで、基板に裏面側から粘着シートを通してレーザ光を照射し、その基板内部に改質層を設ける際に、基板裏面に研削痕が残っていても、その研削痕による光の散乱光を抑えて基板の内部に略一様な改質層が形成されて高精度にレーザダイシングを行うことできるレーザダイシング方法を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、表面に電子デバイス又は電極パターンが形成され、かつ、裏面に粘着シートが貼り付けられた基板の内部に集光点を合わせて、レーザ光を前記基板の裏面から前記粘着シートを通して入射させ、前記基板の割断予定ラインに沿って前記基板の内部に改質層を形成するレーザダイシング方法において、前記粘着シートに、シート材と該シート材の裏面に密着して配設される糊とでなる粘着シートを使用するとともに、前記糊に、前記基板の研削痕を埋めて前記基板の裏面と前記シート材の裏面との間を密に接着可能な柔らかい糊を使用する、レーザダイシング方法を提供する。

この方法によれば、基板の裏面に研削痕が残っていてもその研削痕を柔らかな糊で埋め、基板の裏面と粘着シートとの間を密に接着させて、基板の裏面と粘着シートの界面に生じる空気溜まりを無くすことができる。そして、基板の裏面と粘着シートの裏面との間を密に接着させた状態でレーザ光を照射することにより、レーザ光の散乱を抑制することができる。したがって、レーザ光の散乱を抑制することにより、レーザ光は割断予定ラインに沿って基板の一定の深さ位置に集光される。これにより、一定の深さ位置に一定の強さのレーザ光が照射されて、基板内部に略一様な改質層が形成される。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記糊が、前記基板の屈折率に近い屈折率を有した糊であるレーザダイシング方法を提供する。

この方法によれば、基板の屈折率に近い屈折率を有する糊を使用することにより、基板と粘着シートの屈折率差が小さくなることにより境界面での屈折率が小さくなり、基板と粘着シートとの界面付近に生じる光の散乱を更に抑制して、一様な改質層を更に精度良く形成することができる。なお、境界面での屈折率Ｒは、媒質Ａの屈折率をｎa、媒質Ｂの屈折率をｎbとすると、
Ｒ＝((ｎa-ｎb)／(ｎa+ｎb))^2
で表される。
つまり、ｎaとｎbの差が小さいほど分子の値が小さくなり、反射率Ｒが小さくなることがわかる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記シート材がアクリル系樹脂であり、前記糊がエポキシ系樹脂であるレーザダイシング方法を提供する。

この方法によれば、アクリル系樹脂及びエポキシ系樹脂は共に半導体ウェーハの内部改質に用いる近赤外光の透過性に優れている。そのため、粘着シート材の屈折率を基板の屈折率に近づけて、基板とシート材との界面付近に生じる散乱光を更に少なくして、一様な改質層を更に精度良く形成することができる。

本発明によれば、基板の裏面に貼り付けられた保護シートを通して、レーザ光を基板に裏面から割断予定ラインに沿って照射する場合に、基板の裏面とシート材の界面に発生する散乱光を抑制して、基板の一定の深さ位置に一定の強さのレーザ光を照射することができるので、基板の内部に略一様な改質層を精度良く形成することができる。これにより、その後、基板を割断予定ラインに沿って割断して個々のチップに分割する際、割断予定ラインから外れた割れが生ずることなく、基板を割断することができる。よって、基板を割断することにより作成される製品(例えば、半導体チップ、圧電デバイスチップ、液晶等の表示装置)の歩留まりや生産性を向上させることができる。

また、基板裏面に研削痕が残っていても、その研削痕の影響を受けることが無いので、研削痕を無くすための研磨加工等を省略することができる。これにより、加工時間の短縮が図れ、生産性が向上する。

本発明に係るレーザダイシング方法を適用したレーザダイシング装置の構成を示す斜視図。レーザヘッドの構成を模式的に示した断面図。レーザダイシングの様子を示した断面図。図２のＡ部拡大図に相当し、レーザダイシングの様子を説明する断面図。レーザダイシング手順の一例を説明する図で、(ａ)はフレームに粘着シートを介して半導体ウェーハをマウントする状態を示す図、(ｂ)は半導体ウェーハをマウントしたフレームをレーザダイシング装置のウェーハテーブルの上方に配置させた状態を示す図、(ｃ)はフレームにマウントされた半導体ウェーハをレーザダイシング装置のウェーハテーブルの上方に載置させた状態を示す図。フレームに粘着シートを介してマウントされた半導体ウェーハを示した斜視図。

本発明は、基板に裏面側から粘着シートを通してレーザ光を照射し、その基板内部に改質層を設ける際に、基板裏面に研削痕が残っていても、その研削痕による光の散乱光を抑えて基板の内部に略一様な改質層が形成されて、高精度にレーザダイシングを行うことができるレーザダイシング方法を提供するという目的を達成するために、表面に電子デバイス又は電極パターンが形成され、かつ、裏面に粘着シートが貼り付けられた基板の内部に集光点を合わせて、レーザ光を前記基板の裏面から前記粘着シートを通して入射させ、前記基板の割断予定ラインに沿って前記基板の内部に改質層を形成するレーザダイシング方法において、前記粘着シートに、シート材と該シート材の裏面に密着して配設される糊とでなる粘着シートを使用するとともに、前記糊に、前記基板の研削痕を埋めて前記基板の裏面と前記シート材の裏面との間を密に接着可能な柔らかい糊を使用する、ことにより実現した。

以下、添付図面に従って本発明に係るレーザダイシング方法の実施形態について説明する。

図１は、本発明に係るレーザダイシング方法を適用したレーザダイシング装置の実施例を示す斜視図である。図１において、レーザダイシング装置１１は、対向して配置された１対のレーザヘッド１２、１２を備えた加工部１３と、半導体ウェーハＷを多数枚収納したカセットを載置するロードポート１４と、半導体ウェーハＷを搬送する搬送手段１５と、半導体ウェーハＷを上下反転させる反転アームユニット１６と、コントロールパネル１７と、各部の制御及び加工に必要な各部の制御手順を記憶する不図示の制御手段等を備えている。

前記加工部１３には、移動手段としてのＸ移動軸１８上に設けられたウェーハテーブル１９上に裏面が研削加工された後の半導体ウェーハＷが、例えば図６に示すように、粘着テープＴを介してフレームＦにマウントされた状態で吸着載置される。なお、ここでの半導体ウェーハＷは裏面側が粘着テープＴ上に貼り付けられ、図３に示すように粘着テープＴが上側、半導体ウェーハＷのデバイスを形成している表面を下側にして吸着載置される。そのウェーハテーブル１９上部には、Ｘ移動軸１８に直交するように設けられた移動手段としてのＹ移動軸（不図示）にレーザヘッド１２、１２が対向して設けられている。

また、前記加工部１３には、この他にレーザヘッド１２、１２を上下方向に移動させるＺ移動軸（不図示）や半導体ウェーハＷ表面を撮像する撮像手段２０が備えられている。さらに、ウェーハテーブル１９上には、ウェーハテーブル１９上に載置される半導体ウェーハＷのデバイスを保護するために、薄いシート状のポーラスや樹脂等の保護部材２５が貼着されていている。その保護部材２５は、半導体ウェーハＷをウェーハテーブル１９へ吸着載置する妨げとならないように、エアを透過する多数の小孔を備えた構造となっている。

前記レーザヘッド１２、１２は、図２に示すように、レーザ発振器２１、コリメートレンズ２２、ミラー２３、コンデンスレンズ２４等からなる。レーザヘッド１２のレーザ発振器２１から発振されたレーザ光Ｌは、コリメートレンズ２２で水平方向に平行光線とされ、ミラー２３で垂直方向に反射され、コンデンスレンズ２４によって集光される。なお、本実施例では、レーザヘッド１２はレーザダイシング装置１１に対して２個対向して設けられているが、これに限らず、レーザヘッド１２が１個または２個以上のレーザヘッド１２が設けられていても好適に実施可能である。

前記反転アームユニット１６は、図５に示すように、上下移動軸２６に設けられた移動ブロック２７に回転軸２８が取り付けられ、回転軸２８の先端に反転アーム２９が設けられている。

前記上下移動軸２６に設けられた移動ブロック２７は、矢印Ｚ方向に上下移動が可能であって、反転アーム２９を上下に移動させる。反転アーム２９は２つの爪が設けられ、爪を開閉することによりフレームＦを把持するとともに回転軸２８により矢印θ方向に回転する。

そして、反転アームユニット１６は、図５の(ａ)〜(ｃ)で示すように半導体ウェーハＷを動作する。すなわち、図５（ａ）に示すように裏面側に粘着シートＴを貼着されてフレームＦにマウントされた半導体ウェーハＷは、下降している反転アーム２９の間にフレームＦが差し込まれ、反転アーム２９の爪により把持される。続いて、図５（ｂ）に示すように移動ブロック２７により反転アーム２９が十分に上昇すると、回転軸２８により回転してウェーハＷの上下を逆転させる。この状態で図５（ｃ）に示すように再び移動ブロック２７が下降して半導体ウェーハＷがウェーハテーブル１９上に載置され、その後、レーザ加工が行われるようになっている。したがって、このレーザダイシング装置１１では、裏面側に粘着シートＴを貼着されてフレームＦにマウントされた半導体ウェーハＷは、フレームＦと共に裏返しされ、粘着シートＴを上側にした状態でウェーハテーブル１９上にセット可能になっている。

また、本実施例での前記粘着シートＴは、図４に示すように、光透過性を有するシート材３０と、そのシート材３０の裏面に貼着された光透過性を有するシート状の糊３１を積層して形成されており、研削済みの半導体ウェーハＷの裏面とシート材３０とが糊３１を介して接着固定された状態になっている。

前記シート材３０は、アクリル樹脂系の基材が使用され、糊３１はエポキシ樹脂系の糊が使用される。また、糊３１は接着時に、図４に示すように、研削(研磨)等により形成されたうねりや痕(これらを総称して「切削痕」という)を埋めて半導体ウェーハＷと密に接着され、シート材３０と半導体ウェーハＷの間の界面に空気溜まりが無くなるように柔らかな糊を使用している。なお、糊３１は、例えばジェル状の糊を使用し、その糊３１を半導体ウェーハＷの裏面に塗布し、その後からシート材３０を密に接着させて、半導体ウェーハＷとシート材とを接着するようにしてもよい。

また、本実施例でのシート材３０の厚みは約１００ミクロン、糊３１の厚みは約１０ミクロンであり、シート材３０の厚みと糊３１の厚みを含めた全体の厚みが１６０ミクロン以内となるようにして設定されるのが好ましい。さらに、屈折率ｎは、空気の屈折率を１とした場合、シート材３０の屈折率は１．５、糊３１の屈折率は１．６、半導体ウェーハＷの屈折率は例えばシリコンで3.6(波長1um)、ＳｉＣで2.6(同)、GaNで2.3(同)、サファイアで1.8(同)であり、このシート材３０及び糊３１の材質は、半導体ウェーハＷの屈折率に極力近くなるように、高い屈折率を有した材質を選ぶことが好ましい。なお、シート材３０と糊３１は加工用のレーザ波長である近赤外領域において透過率が高い必要があるのは言うまでもない。

次に、本発明のレーザダイシング方法を用いたレーザダイシング装置１１の動作を説明する。このレーザダイシング装置１１では、半導体ウェーハＷは、裏面側に粘着シートＴを貼着されてフレームＦにマウントされた状態で、カセットに収納されてロードポート１４上に載置される。また、ロードポート１４上に載置された半導体ウェーハＷは、搬送手段１５により搬送されてウェーハテーブル１９上へ載置される。

ウェーハテーブル１９上に載置された半導体ウェーハＷは、図５（ａ）に示すように反転アーム２９の爪により把持される。続いて、図５（ｂ）に示すように移動ブロック２７により反転アーム２９を半導体ウェーハＷと共に十分に上昇させる。十分に上昇したら、回転軸２８により回転してウェーハＷの上下を逆転させる。続いて、再び移動ブロック２７が下降し、図５（ｃ）に示すように半導体ウェーハＷがウェーハテーブル１９上に、粘着シートＴを上側にした状態で載置(セット)される。

続いて、レーザ加工が行われる。このレーザ加工では、図２、図３及び図４に示すように、レーザヘッド１２によりレーザ光Ｌが、粘着シートＴを通して半導体ウェーハＷの裏面から半導体ウェーハＷの内部に集光点を合わせて、半導体ウェーハＷの割断予定ラインに沿って連続して照射され、内部に脆弱性の改質層Ｐが連続して形成される。この改質層Ｐの形成では、例えば半導体ウェーハＷ表面に形成されたアライメントマークを基準としてアライメントされ、レーザヘッド１２へ向って載置されている裏面側より割断予定ラインに沿ってレーザ光Ｌが入射される。

また、改質層Ｐが形成された半導体ウェーハＷは、その後、固定機構や押し上げ機構を備えたエキスパンダ等の装置に搬送され、エキスパンドやブレーキングが行われることにより割断ラインを起点として割断されて個々のチップに分割される。

以上説明したように、本発明に係わるレーザダイシング方法によれば、粘着シート材Ｔに、シート材３０と該シート材３０の裏面に密着して配設される糊３１とでなる粘着シートを使用するとともに、記糊３１に、半導体ウェーハＷの研削痕を埋めて半導体ウェーハＷの裏面とシート材３０との間を密に接着可能な柔らかい糊を使用しているので、図４に示すように、半導体ウェーハＷの裏面とシート材３０の裏面の間を密に接着させることができる。これにより、半導体ウェーハＷの裏面とシート材３０との界面に生じる空気溜まりが無くなり、半導体ウェーハＷと粘着シート材Ｔを一体化することができる。

したがって、このように半導体ウェーハＷとシート材３０を密に接着させた状態でレーザ光Ｌを照射すると、散乱光の発生を極力抑えることができる。そして、散乱光を抑制することにより、割断予定ラインに沿って半導体ウェーハＷの一定の深さ位置に一定の強さのレーザ光を照射することができ、半導体ウェーハＷの内部に脆弱性が略一様な改質層Ｐを精度良く形成することができる。

これにより、その後、半導体ウェーハＷを割断予定ラインに沿って割断して個々のチップに分割する際、割断予定ラインから外れた割れが生ずることなく、割断させて個々のチップにすることができる。よって、基板を割断することにより作成される製品の歩留まりや生産性を向上させることができる。

さらに、糊３１に、半導体ウェーハＷの屈折率に極力近い屈折率を有する糊を使用すると、半導体ウェーハＷと粘着シート材Ｔとの界面をより滑らかな状態して、屈折率差を少なくし、更に一様な改質層Ｐを精度良く形成することができる。

粘着シート材Ｔを形成しているシート材３０にアクリル系樹脂のシート材を使用し、糊３１にエポキシ系樹脂の糊を使用すると、粘着シート材Ｔの屈折率を半導体ウェーハＷの屈折率に極力近づけて、半導体ウェーハＷと粘着シート材Ｔの界面付近に生じる散乱光を更に少なくして、一様な改質層を更に精度良く形成することができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明は半導体ウェーハＷをダイシングする場合について説明したが、電子デバイスや電極パターンが形成された基板を個々のチップへと分割する場合等にも応用できる。

１１レーザダイシング装置
１２レーザヘッド
１３加工部
１４ロードポート
１５搬送手段
１６反転アームユニット
１７コントロールパネル
１８Ｘ移動軸
１９ウェーハテーブル
２０撮像手段
２１レーザ発振器
２２コリメートレンズ
２３ミラー
２４コンデンスレンズ
２５保護部材
２６上下移動軸
２７移動ブロック
２８回転軸
２９反転アーム
３０シート材
３１糊
Ｆフレーム
Ｌレーザ光
Ｐ改質層
Ｔ粘着シート
Ｗ半導体ウェーハ(基板)

Claims

表面に電子デバイス又は電極パターンが形成され、かつ、裏面に粘着シートが貼り付けられた基板の内部に集光点を合わせて、レーザ光を前記基板の裏面から前記粘着シートを通して入射させ、前記基板の割断予定ラインに沿って前記基板の内部に改質層を形成するレーザダイシング方法において、
前記粘着シートに、シート材と該シート材の裏面に密着して配設される糊とでなる粘着シートを使用するとともに、
前記糊に、前記基板の研削痕を埋めて前記基板の裏面と前記シート材の裏面との間を密に接着可能な柔らかい糊を使用する、
ことを特徴とするレーザダイシング方法。
前記糊が、前記基板の屈折率に近い屈折率を有した糊であることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイシング方法。
前記シート材がアクリル系樹脂であり、前記糊がエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザダイシング方法。