TWI321828B - Manufacturing method of a semiconductor device - Google Patents

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TWI321828B
TWI321828B TW093127370A TW93127370A TWI321828B TW I321828 B TWI321828 B TW I321828B TW 093127370 A TW093127370 A TW 093127370A TW 93127370 A TW93127370 A TW 93127370A TW I321828 B TWI321828 B TW I321828B
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Kenshi Fukumitsu
Fumitsugu Fukuyo
Naoki Uchiyama
Ryuji Sugiura
Kazuhiro Atsumi
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Hamamatsu Photonics Kk
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Description

1321828 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種半導體基板之切斷方法，其被使用在把 半導體裝置之製造步驟中在表面上形成有機能元件的半導 體基板作切斷。 【先前技術】
在以往此種技術而言，於專利文獻1及專利文獻2係記載 有如次之技術。首先係在半導體晶圓的背面上隔著黏晶（die bonding)樹脂層將黏著片貼上，再以於此黏著片上保持半導 體晶圓的.狀態利用刀刃將半導體晶圓切斷而獲得半導體晶 片。且在拾取（pick up)黏著片上的半導體晶片之際，使黏晶 樹脂連同個個半導體晶片一起從黏著片剝離。依此，省略在 半導體晶片之背面塗布接著劑等之步驟，成爲可使半導體.晶 片接著在導線架（lead frame)上。
【專利文獻1】特開2002-158276號公報 【專利文獻2】特開2000- 1 04040號公報 【發明內容】 然而，在上述那樣的技術中，在利用刀刃將保持在黏著片 上之半導體晶圓切斷之際，黏著片並不切斷、且在另一方， 存在半導體晶圓與黏著片之間的黏晶樹脂層係有必要確實 地切斷。因此，在此種場合利用刀刃來切斷半導體晶圓係成 爲特別被慎重地期待者。 於是，本發明係有鑑於這樣的情事而成者，其目的爲提供一 種可將表面形成有機能元件的半導體基板連同黏晶樹脂層 i 1321828 一起有效率地切斷之半導體基板的切斷方法。 【解決課題之手段】
爲達成上述目的，本發明相關之半導體基板之切斷方法係 將表面形成有機能元件的半導體基板沿著切斷預定線作切 斷，該半導體基板之切斷方法的特徵爲具備：將該半導體基 板的背面作爲雷射光入射面且匯集集光點以對該半導體基 板的內部照射雷射光，藉此而形成改質區域，且利用其改質 區域，沿著該切斷預定線，由該雷射光入射面之預定距離內 側形成切斷起點區域之步驟；在形成該切斷起點區域之後， 於該半導體基板的背面隔著黏晶樹脂層而安裝可擴張的保 持構件之步驟；及在安裝了該保持構件之後，經由擴張該保 持構件而將該半導體基板及該黏晶樹脂層沿著該切斷預定 線作切斷之步驟。
於此半導體基板之切斷方法中，係以表面上形成有機能元 件的半導體基板爲加工對象物。然後藉由將那樣的半導體 基板之背面作爲雷射光入射面而匯集集光點對半導體基板 的內部照射雷射光，例如使產生多光子吸收或者與其同等的 光吸收，且沿著切斷預定線而在半導體基板的內部形成依改 質區域的切斷起點區域。此時之所以要把半導體基板的背 面作爲雷射光入射面，是因爲把表面當作雷射光入射面時雷 射光的入射會有受機能元件妨礙之虞。如此一來，當半導體 基板內部形成切斷起點區域後，經由自然或施加比較小的力 而以切斷起點區域爲起點產生裂縫，且使其裂縫能到達半導 體基板之表面及背面。因此，在形成切斷起點區域之後，在半 1321828 導體基板之背面隔著黏晶樹脂層而安裝可擴張的保持構件， 在使其保持構件擴張時，沿著切斷預定線被切斷之半導體基 板的切斷面係伴隨著保持構件的擴張而由密接的狀態而分 離。依此，存在於半導體基板與保持構件之間的黏晶樹脂層 也沿著切斷預定線而被切斷。因此，遠比利用刀刃作切斷那 樣的場合在效率上更佳且可將半導體基板及黏晶樹脂層沿 著切斷預定線執行切斷。而且，沿著切斷預定線被切斷之半 導體基板的切斷面一開始係相互密接，所以被切斷之各個半 導體基板與被切斷之各個黏晶樹脂層係略成同一外形，黏晶 樹脂由各半導體基板的切斷面溢滲那樣的狀況亦被防止。 在此，所謂的切斷起點區域係意味著在半導體基板被切斷 之際成爲切斷起點之區域。此切斷起點區域有時係由連續 形成的改質區域所形成，有時是由斷續形成之改質區域所形 成。又，所謂的機能元件係意味著例如依結晶成長所形成之 半導體動作層、光電二極體等之受光元件、雷射二極體等 之發光元件、及作爲電路而形成之電路元件等等》 再者，具備有在形成切斷起點區域之前可使半導體基板成 爲預定厚度之用以硏磨半導體基板的背面之步驟者係較佳 。這樣一來，經由使半導體基板能成爲預定厚度般地對其背 面預先硏磨，係可將半導體基板及黏晶樹脂層沿著切斷預定 線更精確地作切斷。此外，所謂的硏磨係意味著切削、磨削 、及化學蝕刻等等。 又，改質區域有時係包含溶融處理區域。在加工對象物爲 半導體基板時，有時會因雷射光的照射而形成溶融處理區域 1321828 。此溶融處理區域因爲係上述改質區域之一例，即使是在此 場合也可容易地將半導體基板切斷，可將半導體基板及黏晶 樹脂層沿著切斷預定線有效率地切斷。 又，改質區域有時係包含溶融處理區域、及相對其溶融處 理區域位在雷射光入射面之相反側之微小空洞。在加工對 象物爲半導體基板時，有時會因爲雷射光的照射而形成溶融 處理區域及微小空洞。此溶融處理區域及微小空洞係上述 改質區域的一例，所以即使是在此場合也可容易地將半導體 基板切斷，可將半導體基板及黏晶樹脂層沿著切斷預定線有 效率地切斷。 又，上述之本發明相關之半導體基板之切斷方法中，可以是 在形成切斷起點區域之際，將切斷起點區域作爲起點而使裂 縫到達半導體基板的表面，也可以是以切斷起點區域爲起點 而使裂縫到達半導體基板的背面，也可以是以切斷起點區域 爲起點而使裂縫到達半導體基板之表面和背面裂縫。 又，在經由擴張保持構件以將半導體基板及黏晶樹脂層沿 著切斷預定線作切斷的步驟之前，係具備有將黏晶樹脂層加 熱的步驟者較佳。如此一來，在擴張保持構件之前預先將黏 晶樹脂層加熱後，經由擴張保持構件可更精確且容易將黏晶 樹脂層沿著切斷預定線作切斷。 【發明效果】 依本發明，可將表面形成有機能元件的半導體基板連同黏 晶樹脂層一起有效率地切斷。 【實施方式】 1321828 【用以實施發明之最佳形態】 以下，針對本發明相關之半導體基板之切斷方法的合適實 施形態，兹參照圖面而詳細地作說明》本實施形態中，係利用 所謂的多光子吸收之現象，用以在半導體基板的內部形成改 質區域。於是，茲針對最初用在依多光子吸收而形成改質區 域之雷射加工方法作說明》
在光子的能量hy比起材料之吸收的帶隙（band gap) EG來 的小時，則在光學上係成爲透明。因此，在材料上產生吸收的 條件爲h >EG。但是，在光學上即使是透明，當把雷射光之強 度設爲非常大則在nhv>EG的條件（n = 2,3,4，···）下材料係產 生吸收。此現象稱爲多光子吸收（multi-photon absorption) 。而在爲脈衝波的場合，雷射光之強度係由雷射光之集光點 的峰値功率密度（W/cm2)所決定，例如以峰値功率密度爲lx 108(W/cm2)以上的條件係產生多光子吸收。峰値功率密度係 可由（集光點中之雷射光的毎1脈衝的能量）除以（雷射光之 射束點斷面積X脈寬）而求得。又，在爲連續波的場合，雷射 光之強度係以雷射光之集光點的電場強度（W/cm2)來決定 針對利用此種多光子吸收之本實施形態的雷射加工方法， 茲參照第1圖〜第6圖而作說明。如第1圖所示，在半導體基板 1之表面3上係具有用以切斷半導體基板1之切斷預定線5。 切斷預定線5乃係直線狀延伸之假想線。本實施形態的雷射 加工方法中，如第2圖所示，以多光子吸收產生的條件下，配 合集光點P而對半導體基板1的內部照射雷射光L以形成改 -10- 1321828 質區域7。此外，所謂的集光點P係指雷射光L集光的地方。且 ，切斷預定線5不受限爲直線狀，也可以是曲線狀，在不受限 爲假想線之下也可以是實際上劃在半導體基板1上的線。
然後，使雷射光L沿著切斷預定線5(亦即，第1圖之箭頭a方 向）相對地移動，藉此使集光點P沿著切斷預定線5移動。依此 ，如第3圖〜第5圖所示，改質區域7係沿著切斷預定線5而形 成在半導體基板1的內部，此改質區域7係成爲切斷起點區域 8。本實施形態的雷射加工方法並非藉由半導體基板1吸收 雷射光L而使半導體基板1發熱以形成改質區域7者》係使雷 射光L透過半導體基板1而在半導體基板1的內部產生多光 子吸收以形成改質區域7。因此，在半導體基板1的表面3,雷 射光L幾乎不被吸收，所以半導體基板1的表面3不會溶融。
在半導體基板1的內部一形成切斷起點區域8後，因爲裂縫 係容易以此切斷起點區域8爲起點而產生，所以如第6圖所示 般，能以比較小的力將半導體基板1切斷。因而成爲可在不使 半導體基板1的表面3產生不必要的裂縫之下將半導體基板 1高精度地切斷。 以此切斷起點區域8爲起點之半導體基板1的切斷係有如 下2種方式。其一爲，在切斷起點區域8形成後，藉由對半導體 基板1施加人爲的力量，半導體基板1係以切斷起點區域8爲 起點而裂開以切斷半導體基板1之場合。此乃係例如半導體 基板1之厚度爲大的場合之切斷》所謂的施加人爲力量係例 如沿著半導體基板1之切斷起點區域8對半導體基板1施加 彎曲應力及剪應力、賦予半導體基板1溫度差而產生熱應力 -11 - 1321828 者。又另一爲，經由形成切斷起點區域8,且以切斷起點區域8 爲起點而朝半導體基板1的斷面方向（厚度方向）自然地裂開 ，最後半導體基板1係被切斷的場合。此乃係例如半導體基板 1的厚度爲小的場合，可利用1列的改質區域7來形成切斷起 點區域8,而在半導體基板1的厚度爲大的場合，可利用在厚 度方向形成複數列的改質區域7來形成切斷起點區域8。此 外，在此自然地裂開的場合，於要切斷的地方，不會發生裂縫 先行走到與未形成切斷起點區域8的部位對應的部分之表 面3上的情況，，因爲能僅將與形成切斷起點區域8的部位對 應之部分予以割斷，所以可好好地控制割斷。近年來，矽晶圓 等之半導體基板1的厚度係有變薄的傾向，所以這樣的控制 性佳的割斷方法係非常有效。 然後，在本實施形態之雷射加工方法中，以利用多光子吸收 所形成的改質區域而言，係具有如次（1)、（2)的場合。 (1)在改質區域爲溶融處理區域之場合 使集光點匯集在半導體基板的內部，以集光點之電場強度 爲lxl08(W/cm2)以上且脈寬爲1 # s以下的條件下照射雷射 光。依此，半導體基板的內部係依多光子吸收而局部的被加 熱v依此加熱而在半導體基板的內部形成溶融處理區域。 所謂的溶融處理區域係指一旦溶融後再固化的區域、或快 要溶融狀態的區域、或從溶融狀態要再固化的狀態之區域， 也可以說是相變化的區域或結晶構造變化的區域。又，所謂 的溶融處理區域也可以說是在單結晶構造、非晶質構造、 及多結晶構造中，某種構造變化成別種構造的區域。亦即， -12- 1321828 意味著例如，由單結晶構造變化成非晶質構造之區域、由單 結晶構造變化成多結晶構造之區域、以及由單結晶構造變 化成包含有非晶質構造及多結晶構造之構造的區域。在半 導體基板爲矽單結晶構造的場合，溶融處理區域係例如爲非 晶質矽構造。此外，作爲電場強度的上限値，例如爲1 X 1012(W/cm2)。而脈寬係例如爲ins〜200ns較佳》 本發明们係利用實驗而把在屬於半導體基板一例的矽晶 圓內部形成溶融處理區域作了確認。該實驗條件係如次》
(A) 半導體基板：矽晶圓（厚度3 50 μ m，外徑4英寸） (B) 雷射 光源：半導體雷射激發Nd: YAG雷射 波長：1064nm 雷射光點斷面積：3.14x1 (T8cm2 振盪形態：Q開關脈衝 重複頻率（repetitive frequency): 100kHz
脈寬：30ns 輸出：20 J/脈衝 雷射光品質：TEM00 偏光特性：直線偏光 (C) 集光用透鏡 倍率：50倍 N.A.:0.55 對雷射光波長之透過率：6〇% (D)載置半導體基板之載置台的移動速度：1〇〇 mm/秒 -13- 1321828 第7圖係顯示在上述條件下由雷射加工所切斷之矽晶圓的 一部分中之斷面的照片。在矽晶圓11之內部形成有溶融處 理區域13。此外，依上述條件所形成之溶融處理區域13的厚 度方向之大小爲100# m左右。 茲說明溶融處理區域13由多光子吸收所形成之情形。第8 圖係表示雷射光之波長與矽基板之內部的透過率間之關係 圖表。其中，係除去矽基板之表面側與背面側各自的反射成 分，僅顯示內部的透過率。係針對矽基板之厚度t爲50 /Z m、 100# m' 200以m、500y m、1000# m各個而顯不上述關係 ο 例如，在Nd:YAG雷射之波長爲1064nm中且矽基板之厚度 爲500 /z m以下的場合時，可知在矽基板的內部，雷射光係透 過80%以上。如第7圖所示之矽晶圓11的厚度爲350/z m，所以 依多光子吸收所產生的溶融處理區域13係在矽晶圓11之中 心附近，亦即形成在距離表面175;zm的部分。此場合的透 過率爲，若參考厚度200以m之矽晶圓，因係90%以上，所以雷 射光只有一些些會被矽晶圓11的內部所吸收，幾乎是透過。 此乃係意味著雷射光在矽晶圓11的內部被吸收，溶融處理區 域1 3並非被形成在矽晶圓1 1的內部（亦即利用雷射光之通常 的加熱以形成溶融處理區域），溶融處理區域13係由多光子 吸收而被形成。利用多光子吸收而形成溶融處理區域，例如 記載於溶接學會全國大會講演槪要第6 6集（2000年4月）之第 7 2頁〜第73頁的「利用微微秒（pico second)脈衝雷射之矽的 加工特性評估」當中。 -14- 1321828
此外，砂晶圓係以溶融處理區域所形成之切斷起點區域爲 起點而朝斷面方向產生裂縫，藉由其裂縫會到達矽晶圓的表 面及背面，而最後係被切斷。到達矽晶圓之表面及背面之此 裂縫有時係自然地成長，有時係依對矽晶圓施力而成長。其 次，在裂縫爲自然地從切斷起點區域成長至矽晶圓的表面及 背面之場合，係有裂縫從形成切斷起點區域的溶融處理區域 正溶融的狀態而成長之場合，裂縫從形成切斷起點區域的溶 融處理區域正溶融的狀態再固化之際而要成長之場合。其 中，在任一場合，溶融處理區域僅形成在矽晶圓之內部，切斷 後之切斷面係如第7圖所示僅在內部形成溶融處理區域。如 此一來，當在半導體基板的內部依溶融處理區域而形成切斷 起點區域時，在要割斷時，因爲難以在離開切斷起點區域線 的地方產生不必要的裂縫，所以割斷控制係變容易。 (2)在改質區域爲處理區域及微小空洞的場合
在半導體基板的內部匯集集光點，以集光點之電場強度爲 lxl08(W/cm2)以上且脈寬爲1 # s以下的條件下照射雷射光 。依此，有時半導體基板的內部係形成溶融處理區域及微小 空洞。如第9圖所示，在使雷射光L由半導體基板1的表面3側 入射的場合，微小空洞14係相對於溶融處理.區域13而形成在 背面17側。在第9圖中，溶融處理區域13與微小空洞14係分離 地形成，有時溶融處理區域13及微小空洞14係連續地形成。 亦即，在依多光子吸收而使溶融處理區域及微小空洞成對形 成之場合，微小空洞係相對於溶融處理區域而形成在半導體 基板中之雷射光入射面的相反側。又，以電場強度的上限値 -15- 1321828 而言，例如爲lxl〇12(W/cm2) »脈寬係例如爲Ins〜20〇ns較佳 如此，使雷射光L透過半導體基板1而在半導體基板1的內 部產生多光子吸收以形成溶融處理區域13的場合，有關各自 之形成有與溶融處理區域13對應之微小空洞14的原理不一 定很清楚。在此，針對溶融處理區域13及微小空洞14係以成 對狀態形成的原理，係說明本發明者所設想之2個假設。
本發明者們所設想之第1假設係如下所述。亦即，如第1〇圖 所示，當在半導體基板1之內部的集光點P匯集焦點以照射雷 射光L後，則在集光點P之近傍形成溶融處理區域1 3。以往， 作爲此雷射光L，係使用從雷射光源所照射之雷射光L的中 心部分的光（第10圖中，與L4及L5相當之部分的光）。此乃是 因爲使用雷射光L之高斯分布的中心部分之故。本發明者爲 抑制雷射光L對半導體基板1之表面3的影響，係將雷射光L 擴大。其中一做法爲，將雷射光源所照射之雷射光L以預定的 光學系擴展而擴大高斯分布之裙部^使雷射光L周邊部分的 光（第10圖中，與L1〜L3及L6〜L8相當的部分之光）之雷射強 度相對的上昇。如此將擴展後的雷射光L透過半導體基板1 後，係在既作說明之集光點P的近傍形成溶融處理區域13,且 在與其溶融處理區域13對應的部分形成微小空洞14。亦即， 溶融處理區域13與微小空洞14係形成在沿著雷射光L的光 軸（第10圖中之細鏈線）之位置。形成微小空洞14之位置，理 論上雷射光L之周邊部分的光（第10圖中，與L1〜L3及L6〜
L8相當的部分之光）係與被集光的部分相當。如此，雷射光L -16- 1321828 之中心部分的光（第10圖中，與L4及L5相當的部分之光）及雷 射光L之周邊部分的光（第10圖中，與L1〜L3及L6〜L8相當 的部分之光）各自集光的部分在半導體基板1的厚度方向之 所以不同，認爲係因用以將雷射光L集光的透鏡之球面收差 所致。本發明者們所設想之第1假設爲此集光位置的差異係 會造成影響。 本發明者們所設想之第2假設爲，雷射光L周邊部分的光（第 10圖中，與L1〜L3及L6〜L8相當的部分之光）被集光的部分 係理論上的雷射集光點，所以此部分的光強度高而會引起微 細構造變化，所以其周圍係形成實質上結晶構造不變化的微 小空洞14,形成溶融處理區域13的部分受熱的影響大，係會 單純地溶解後而再固化者。 在此，溶融處理區域係如同上述（1)所述者，其中微小空洞 之周圍係實質上結晶構造未變化者。在半導體基板爲矽單 結晶構造之場合，在微小空洞的周圍很多是砂單結晶構造部 分。 本發明者們已利用實驗來確認半導體基板一例之在矽晶 圓的內部形成的溶融處理區域及微小空洞。實驗條件係如 次。 (A) 加工對象物：砂晶圓（厚度100以m) (B) 雷射 光源：半導體雷射激發Nd:YAG雷射 波長：1 064nm 重複頻率：40kHz 1321828 脈寬：30nsec 脈衝間距.· 7 a m 加工深度：8 y m 脈衝能量：50^ J /脈衝 (C) 集光用透鏡 NA:0.55 (D) 載置加工對象物之載置台的移動速度：28〇mm/sec 第11圖係顯示在上述條件下之利用雷射加工所切斷之矽 晶圓的切斷面照片。第1 1圖中（a)與（b)係將同—切斷面的照 片以不同的比例尺來作顯示者。如同圖所示，在矽晶圓i i的 內部經由1脈衝的雷射光L照射所形成之成對的溶融處理區 域13及微小空洞Μ係沿著切斷面（亦即，沿著切斷預定線）以 預定間距形成。此外，如第11圖所示之切斷面的溶融處理區 域13係，砂晶圓11的厚度方向（圖中之上下方向）之寬度爲13 M m左右，而移動雷射光L之方向（圖中左右方向）的寬度爲3 β m左右。又，微小空洞Μ爲，砍晶圓n之厚度方向的寬度爲7 M m左右，而移動雷射光L之方向的寬度爲1.3/z m左右。溶融 處理區域13和微小空洞8之間隔爲1.2 /z m左右。 以上，作爲利用多光子吸收所形成之改質區域，係說明了 (1)、（2)的場合，但是若考慮半導體基板之結晶構造或其劈開 性而形成如次的切斷起點區域，則能以其切斷起點區域爲起 點並以更小的力且精度佳地切斷半導體基板。 亦即，在爲由矽等之鑽石構造的單結晶半導體所構成之基 扳的場合，在沿著（111)面（第1劈開面）或（110)面（第2.劈開面） 1321828 的方向形成切斷起點區域係較佳。又，在爲由在GaAs等之閃 鋅礦（zinc blende)型構造的III-V族化合物半導體所構成之 基板的場合，在沿著（110)面的方向形成切斷起點區域係較 佳。 此外，若在沿著應形成上述切斷起點區域的方向（例如，沿 著單結晶矽基板中之（111)面的方向），或沿著與應形成切斷 起點區域的方向正交的方向而在基板上形成定向平面 (orientation flat)的話，則經由將其定向平面作爲基準，係可 將沿著應形成切斷起點區域的方向之切斷起點區域容易且 正確地形成在基板上。 以下，茲針對本發明相關之半導體基板之切斷方法的合適 實施形態，更具體地作說明。此外，第13圖〜第16圖係沿著第 12圖之矽晶圓的XIIL·XIII線之部分斷面圖。 如第12圖所示，在成爲加工對象物之矽晶圓（半導體基板 )1 1的表面3,複數個機能元件15係在與定向平面16平行的方 向及垂直的方向上形成矩陣狀圖案。此種矽晶圓11係如下而 切斷成毎個機能元件15。 首先，如第13圖（a)所示，在矽晶圓11的表面3側上貼上保護 膜18以將機能元件15覆蓋。此保護膜18係保護機能元件15 且保持矽晶圓11者。在貼上保護膜18之後，如第13圖（b)所示 ，使矽晶圓1 1可成爲預定厚度般地對矽晶圓1 1的背面1 7作平 面磨肖!1 ,更在背面1 7施以化學蝕刻而將背面1 7予以平滑化。 如此一來，例如係把厚度350 v m的矽晶圓11薄型化成厚度 100# m。在將矽晶圓11薄型化之後，對保護膜18照射紫外線 -19- 1321828 。依此，保護膜18之屬黏著層的uv硬化樹脂層係硬化，保護膜 1 8係容易從矽晶圓1 1被剝離。
接著，利用雷射加工裝置以在矽晶圓11的內部形成切斷起 點區域。亦即，如第14圖（a)所示，在雷射加工裝置之載置台19 上，使矽晶圓11的背面17朝上方而利用真空吸附將保護膜18 固定，且以通過相鄰之機能元件1 5、1 5間那樣地將切斷預定 線5設定成格子狀（參照第12圖之細鏈線）。然後，如第14圖（b) 所示，以背面1 7作爲雷射光入射面而在矽晶圓1 1的內部匯集 集光點P，以在上述之多光子吸收會產生的條件下照射雷射 光L，依載置台19的移動而沿著切斷預定線5使集光點P相對 移動。依此，如第14圖（c)所示，矽晶圓1 1的內部，沿著切斷預 定線5而依溶融處理區域13形成有切斷起點區域8。 接著，把貼上有保護膜18的矽晶圓1 1從載置台19卸下，如第
15圖（a)所示，在矽晶圓11之背面17上將附有黏晶樹脂的薄 膜20(例如，林鐵克（LINTEC:音譯）株式會社之「LE-5000( 商品名）」）貼上。此附有黏晶樹脂的薄膜20係具有厚度100 iUm左右的可擴張之擴張薄膜（保持構件）21,在此擴張薄膜 2 1上，作爲黏晶用接著劑來作用的黏晶樹脂層（黏著性樹脂 層）23係隔著層厚數程度之UV硬化樹脂層而被設置。亦 即，形成在矽晶圓1 1的背面17隔有黏晶樹脂層23而將擴張薄 膜21貼上。此外，擴張薄膜21之周緣部分係安裝有薄膜擴張 手段30 »在貼上附有黏晶樹脂的薄膜20之後，如第15圖（b)所 示，由矽晶圓1 1的表面3側剝下保護膜18,如第15圖（c)所示， 係對擴張薄膜21照射紫外線。依此，擴張薄膜21之屬黏著層 -20- 1321828 的UV硬化樹脂層係硬化，黏晶樹脂層23係容易從擴張薄膜 2 1被剝離。
接著，如第16圖（a)所示，利用薄膜擴張手段30將擴張薄膜 21之周緣部分朝外側拉伸而使擴張薄膜21擴張。利用此擴 張薄膜21的擴展，裂縫係以切斷起點區域8爲起點而產生於 厚度方向，此裂縫係形成到達矽晶圓11之表面3及背面17。 依此，砂晶圓11係沿著切斷預定線5被精確地切斷而可獲得 複數個具有1個機能元件15的半導體晶片25。又，此時，相鄰 之半導體晶片25、25所面對的切斷面25a、25a係伴隨著擴張 薄膜21之擴張而從密接的狀態脫離，所以在矽晶圓11切斷的 同時，密接在矽晶圓1 1的背面17之黏晶樹脂層23也沿著切斷 預定線5被切斷。
其次，如第16圖（b)所示，吸附夾具而將半導體晶片25順序 拾取。此時，黏晶樹脂層23係被切斷成與半導體晶片25同等 的外形，又，因爲黏晶樹脂層23與擴張薄膜21之密接力係降 低，所以半導體晶片25係在其背面被切斷的黏晶樹脂層23爲 密接的狀態下被拾取。接著，如第16圖（c)所示，係將半導體晶 片25隔著密接在其背面之黏晶樹脂層23而載置於導線架27 的黏晶墊（die pad)上，且依加熱而塡料接合。 在以上那樣的矽晶圓1 1之切斷方法中，係以表面3形成有 機能元件15的矽晶圓1 1爲加工對象物，將其背面17作爲雷射 光入射面以在矽晶圓11的內部使集光點P匯集而照射雷射 光L。依此，在矽晶圓11的內部產生多光子吸收，且沿著切斷 預定線5而在矽晶圓11的內部依溶融處理區域13而形成切 -21- 1321828 斷起點區域8。此時，之所以把半導體基板的背面作爲雷射光 入射面，乃是因爲若把表面作爲雷射光入射面則會有雷射光 的入射受機能元件妨礙之虞。如此一來，砂晶圓11的內部形 成有切斷起點區域8,經由自然的或者施加比較小的力，而以 切斷起點區域8爲起點產生裂縫，且使其裂縫能到達矽晶圓 11之表面3及背面17。因此，在形成了切斷起點區域8之後，
在矽晶圓1 1的背面17隔有黏晶樹脂層23而將擴張薄膜21貼 上，當使其擴張薄膜21擴張時，則沿著切斷預定線5被切斷的 矽晶圓11之切斷面25a、25 a係伴隨著擴張薄膜21之擴張而從 原本密接的狀態脫離而去。依此，存在於矽晶圓11與擴張薄 膜2 1之間的黏晶樹脂層23也沿著切斷預定線5而被切斷。因 此，遠比以刀刃切斷那樣的場合係可更有效率地將矽晶圓Η 及黏晶樹脂層23沿著切斷預定線5作切斷。
且，沿著切斷預定線5被切斷之矽晶圓11的切斷面25a、25a 一開始爲相互密接，所以被切斷之各個矽晶圓11及被切斷之 各個黏晶樹脂層2 3係略呈同一外形，且黏晶樹脂從各矽晶圓 1 1之切斷面25 a溢滲那樣的情況亦被防止。 再者，於矽晶圓1 1的內部形成切斷起點區域8之前，係硏磨 矽晶圓1 1的背面1 7而使得矽晶圓1 1可成爲預定的厚度。如 此，藉由將矽晶圓11事先薄型化成預定的厚度，而可將矽晶 圓11及黏晶樹脂層23沿著切斷預定線5更精確地切斷。 可是，上述的矽晶圓11之切斷方法乃如第17圖（a)所示，在 截至將擴張薄膜21擴展之前，雖然以切斷起點區域8爲起點 的裂縫未在矽晶圓11上發生，但是如第17圖（b)所示，在將擴 -22- 1321828 張薄膜21擴展之前，使以切斷起點區域8爲起點的裂縫28產 生，也可使此裂縫28到達矽晶圓11之表面3及背面17。以產生 此裂縫28的方法而言，例如係有藉由將刀緣等之應力施加手 段沿著切斷起點區域8以對矽晶圓1 1的背面17碰觸而使矽 晶圓11沿著切斷起點區域8產生彎曲應力或剪應力的方法 、及藉由對矽晶圓11賦予溫度差而在矽晶圓11沿著切斷起 點區域8以產生熱應力等之方法。
如此，在將擴張薄膜21擴展之前，沿著切斷起點區域8使矽 晶圓11產生應力而將矽晶圓11切斷，可獲得極精密切斷的半 導體晶片25。且，在此場合，在使貼在矽晶圓11上之擴張薄膜 2 1擴張時，則相鄰之半導體晶片25、25所面對之切斷面25a 、25 a係伴隨著擴張薄膜21之擴張而由密接的狀態脫離，所以 密接在矽晶圓1 1的背面17之黏晶樹脂層23係沿著切斷面25a 而被切斷。因此，依此切斷方法，若與利用刀刃作切斷那樣的 場合相較之下，係可非常有效率地將矽晶圓1 1及黏晶樹脂層 23沿著切斷起點區域8作切斷。 此外，當矽晶圓1 1的厚度變薄，則即使未沿著切斷起點區域 8產生應力，如第17圖（b)所示，有時以切斷起點區域8爲起點 的裂縫28也會到達矽晶圓11之表面3及背面17。 又，如第18圖（a)所示，在矽晶圓1 1的內部之表面3近傍係形 成依溶融處理區域13所產生的切斷起點區域8,若使裂縫28 到達表面3,則可極高精度地切斷半導體晶片25之表面（亦即 ，機能元件形成面）。一方面，如第18圖（b)所示，在矽晶圓11之 內部中的背面17近傍形成依溶融處理區域13的切斷起點區 -23- 1321828 域8,且使裂縫28到達背面17的話，則依擴張薄膜21之擴展可 精度佳地切斷黏晶樹脂層23。 本發明並不..受上述實施形態所限定。例如，上述實施形態 雖然爲在半導體基板1的內部產生多光子吸收以形成改質 區域7,但是有時爲在半導體基板1的內部產生與多光子吸收 同等的光吸收而可形成改質區域7的場合。
又，上述的矽晶圓11之切斷方法雖然爲形成溶融處理區域 13以作爲改質區域的場合，但是也可以是形成溶融處理區域 13及微小空洞14以作爲改質區域。在此場合，因爲係以矽晶 圓11的背面17作爲雷射光入射面，所以微小空洞14係相對於 溶融處理區域1 3而在雷射光入射面之相反側，亦即形成於形 成有機能元件15的表面3側。於切斷面，微小空洞14側的部分 與溶融處理區域13側的部分相較下係有高精度的傾向，所以 藉由在形成有機能元件15的表面3側形成微小空洞14,而形 成使半導體晶片25的成品率可更加提升。
又，在上述實施形態中，在使附有黏晶樹脂的薄膜20的擴張 薄膜21擴張之前，若將附有黏晶樹脂的薄膜20的黏晶樹脂層 23預先加熱，則在使擴張薄膜21擴張之際，與矽晶圓11被切 斷的同時，形成可將黏晶樹脂層23沿著切斷預定線5更加精 確且容易地作切斷。此乃係黏晶樹脂層23的物性受加熱而 變化成容易拉碎之故。具體言之，係在黏晶樹脂層23以5 0°C 〜l2〇°C的溫度加熱1分〜30分之後，黏晶樹脂層23的物性係 變化成易拉碎。有關這點，若該溫度低於50°C ,則黏晶樹脂層 23之物性係難以變換成易拉碎者，而在該溫度一超過l2〇°C -24- 1321828 後，黏晶樹脂層23係有軟化到不能保留原形的程度之虞。
以上述的黏晶樹脂層23之加熱方法而言，可以是將黏晶樹 脂層23全體作加熱，也可以是把沿著黏晶樹脂層23的切斷預 定線5之部分作選擇性加熱。而爲了將黏晶樹脂層23全體加 熱，係在矽晶圓1 1的背面1 7貼上有黏晶樹脂的薄膜20之狀態 下，對其等吹溫風、將其等置入加熱爐，或者是載置於埋設有 加熱器的加熱台上就可以。又，爲了將沿著黏晶樹脂層23之 切斷預定線5的部分作選擇性加熱，若將對黏晶樹脂層23具 有光吸收性的雷射光對切斷預定線5作照射的話就可以。
此外，將黏晶樹脂層23作加熱的時序若是爲在矽晶圓11的 背面17隔著黏晶樹脂層23而貼上擴張薄膜21之後，再經由擴 張薄膜2 1而將矽晶圓1 1及黏晶樹脂層2 3沿著切斷預定線5 作切斷爲止的期間，則隨時都可以。又，在矽晶圓1 1的背面17 上隔著黏晶樹脂層23將擴張薄膜21貼上之前，以附有黏晶樹 脂的薄膜20的狀態將黏晶樹脂層23加熱，在其後，隔著被加 熱處理後之黏晶樹脂層23而將擴張薄膜21貼在矽晶圓1 1之 上也可以。在此場合，隔著被加熱處理之黏晶樹脂層23而將 擴張薄膜21貼在矽晶圓11上之時序可以是在將黏晶樹脂層 23加熱之後，也可以是在將黏晶樹脂層23加熱之後經過預定 時間之後。如此一來，之所以利用加熱處理使黏晶樹脂層23 變容易分割，乃是考慮到破斷延伸變小且拉伸強度變大爲一 個要因。又，經由對黏晶樹脂層23照射紫外線以外的電磁波， 有時可使黏晶樹脂層23的物性變化成易破斷延伸者。 在此，兹針對將沿著黏晶樹脂層23的切斷預定線5之部分 -25- 1321828 選擇性加熱的場合之具體例作說明。此外，在各圖中 '對同 —或相當的部分賦予同一符號、省略重複的說明。
首先，如第19圖（a)所示，在矽晶圓11之表面3側貼上保護膜 18以覆蓋機能元件15,在雷射加工裝置之載置台19上將矽晶 圓11的背面17朝上方且將保護膜18利用真空吸附而固定。然 後，以通過相鄰之機能元件1 5、1 5之間般地將切斷預定線5 作格子狀設定之後，如第19圖（b)所示，將背面17作爲雷射光 入射面且配合集光點P以產生多光子吸收的條件而對矽晶 圓11的內部照射雷射光L，利用載置台19的移動而沿著切斷 預定線5使集光點P相對移動。依此，如第19圖（c)所示，在矽晶 圓11的內部係沿著切斷預定線5藉由溶融處理區域13而形 成切斷起點區域8。此外，取代保護膜18而改以把由玻璃及樹 脂所成之板狀的保護構件安裝在矽晶圓1 1的表面3側也可以
接著，如第20圖（a)所示，在矽晶圓11的背面17將黏晶樹脂 層23固定，且在雷射加工裝置的載置台19上將矽晶圓11的背 面17朝上方並將保護膜18利用真空吸附作固定。接著，如第 20圖（b)所示，配合集光點P而對黏晶樹脂層23照射預定波長 (例如808 nrn)之雷射光L,且依載置台19的移動而沿著切斷預 定線5使集光點P相對移動。依此，如第20圖（c)所示，在黏晶樹 脂層23係沿著切斷預定線5而形成具有易拉碎之物性的變 質區域29。此變質區域2 9係依加熱效果而使物性產生變化 者，或者脆性化者。此外，取代預定波長之雷射光L，而改由沿 著切斷預定線5而對黏晶樹脂層2 3照射電子線者也可以。 -26- 1321828 接著，將矽晶圓11從載置台19卸下，如第21圖（a)所示，於固 定在矽晶圓1 1之黏晶樹脂層23上隔著黏著劑層（利用紫外線 以外的能量束之照射而黏著力降低的接著劑）3 1將擴張薄膜 2 1貼上。此外，將附有黏著劑層3 1的擴張薄膜2 1貼在黏晶樹 脂層23上也可以，也可以於黏晶樹脂層23上將黏著劑層31疊 層之後再將擴張薄膜21貼上。
接著，如第21圖（b)所示，從矽晶圓11的表面3側將保護膜18 剝離，如第21圖（c)所示，使擴張薄膜21的周緣部分朝外側拉 伸般地使擴張薄膜21擴張。依此擴張薄膜21之擴展，裂縫係 以切斷起點區域8爲起點而在厚度方向產生，此裂縫係形成 爲到達矽晶圓1 1之表面3及背面1 7。依此，矽晶圓1 1係沿著切 斷預定線5被精確地切斷，而可獲得複數個具有1個機能元件 15的半導體晶片25。且此時，相鄰之半導體晶片25,25之對向 的切斷面25a,25 a係伴隨擴張薄膜21之擴張而從密接的狀態 脫離，所以在矽晶圓11被切斷的同時，密接在矽晶圓11之背 面17的黏晶樹脂層23也沿著切斷預定線5而被切斷。 接著，對黏著劑層3 1照射紫外線以外的能量束以使黏著劑 層31的黏著力降低，而將被切斷之背面密接有黏晶樹脂層23 的狀態之半導體晶片25予以順序地拾取。 其次，兹針對把沿著黏晶樹脂層23的切斷預定線5之部分 作選擇性加熱之場合的其他具體例作說明。此外，在各圖中 、對同一或相當的部分賦加同一符號並省略重複的說明。 首先，與上述的具體例同樣地，在矽晶圓1 1的內部，沿著切 斷預定線5而依溶融處理區域13以形成切斷起點區域8。在 -27- 1321828
其後，如第22圖（a)所示，在矽晶圓11的背面17貼上附有黏晶 樹脂的薄膜32,且在雷射加工裝置之載置台19上，使矽晶圓 1 1的背面17朝上方而將保護膜18利用真空吸附而固定。附 有黏晶樹脂的薄膜32爲，黏晶樹脂層23隔著黏著劑層31而設 置在由透過預定波長（例如808nm)之雷射光的材料所構成之 擴張薄膜21上。此外，以附有黏晶樹脂的薄膜32而言，也可以 是使用在由透過預定波長的雷射光之材料所構成之擴張薄 膜2 1上直接黏晶樹脂層23者（例如，參照曰本國專利第 1 987034號公報）。 在將附有黏晶樹脂的薄膜32貼上之後，如第22圖（b)所示， 於黏晶樹脂層23匯集集光點P，且照射上述之預定波長的雷 射光L，且依載置台19的移動以使集光點P沿著切斷預定線5 而相對移動。依此，如第22圖（c)所示，在黏晶樹脂層23,具有 易拉碎物性之變質區域29係沿著切斷預定線5而被形成。
接著，如第23圖（a)、（b)所示，從矽晶圓1 1的表面3側將保護 膜18剝下，如第23圖（c)所示，將擴張薄膜21的周緣部分朝向 外側拉伸而使擴張薄膜21擴張。依此擴張薄膜21的擴展，裂 縫係以切斷起點區域8爲起點而發生在厚度方向，係形成此 裂縫到達矽晶圓1 1的表面3與背面1 7。依此，砂晶圓1 1係沿著 切斷預定線5而被精確地切斷，以獲得複數個具有1個機能元 件15的半導體晶片25。又，在此時，與相鄰之半導體晶片25、 25對向之切斷面25a、25 a係成爲伴隨著擴張薄膜21之擴張而 從密接的狀態分離開來，所以在矽晶圓1 1切斷的同時，密接 在矽晶圓1 1的背面1 7之黏晶樹脂層2 3也沿著切斷預定線5 -28- 1321828 而被切斷。 接著，對黏著劑層3 1照射紫外線以外的能量束而使黏著劑 層3 1的黏著力降低，以順序拾取被切斷的黏晶樹脂層23爲密 接於背面的狀態之半導體晶片25。此外，對黏著劑層3 1執行 紫外線以外的能量束之照射，可以是使擴張薄膜21擴張之前 ,也可以是使擴張薄膜21擴張之後。
上述的各具體例中，雖然係沿著切斷預定線5對黏晶樹脂 層23照射預定波長之雷射光L，但是沿著切斷預定線5把形成 有光透過部的遮罩配置在黏晶樹脂層23上或者附有黏晶樹 脂的薄膜32上，再以紫外線以外的能量束作全面照射而在黏 晶樹脂層23沿著切斷預定線5形成變質區域29也可以。 【產業上可利用性】 如同以上所說明，依本發明係可將表面形成有機能元件的 半導體基板連同黏晶樹脂層一起有效率佳地切斷。 【圖面之簡單說明】
【第1圖】第1圖係依本實施形態之雷射加工方法的雷射加 工中之半導體基板的平面圖。 【第2圖】第2圖係沿著如第1圖所示之半導體基板的Π_Π 線之斷面圖》 【第3圖】第3圖係依本實施形態之雷射加工方法的雷射加 工後之半導體基板的平面圖。 【第4圖】第4圖係沿著如第3圖所示之半導體基板的IV-IV 線之斷面圖。 【第5圖】第5圖係沿著如第3圖所示之半導體基板的V-V線 -29· 1321828 之斷面圖。 【第6圖】第6圖係由本實施形態之雷射加工方法所切斷之 半導體基板的平面圖。 【第7圖】第7圖係表示依本實施形態之雷射加工方法所形 成之溶融處理區域的矽晶圓之切斷面的照片圖。 【第8圖】第8圖係表示本實施形態之雷射加工方法中之雷 射光的波長與矽基板之內部的透過率之關係圖表。
【第9圖】第9圖係依本實施形態之雷射加工方法而形成有 溶融處理區域及微小空洞之半導體基板的斷面圖。 【第10圖】第10圖係用以說明依本實施形態之雷射加工方 法而形成溶融處理區域及微小空洞的原理之斷面圖。 【第11(a)、（b)圖】第11圖係表示利用本實施形態的雷射 加工方法而形成有溶融處理區域及微小空洞之矽晶圓的切 斷面之照片圖。 【第12圖】第12圖係在本實施形態的半導體基板之切斷方 法中成爲加工對象物的矽晶圓之平面圖。
【第13(a)〜（c)圖】第13圖係用以說明本實施形態的半導 體基板之切斷方法的模式圖，（a)係在矽晶圓貼上保護膜的 狀態，（b)係矽晶圓被薄型化的狀態，（c)係對保護膜照射紫外 線之狀態》 【第14(a)〜（c)圖】第14圖係用以說明本實施形態的半導 體基板之切斷方法的模式圖，（a)係矽晶圓及保護膜固定在 載置台上之狀態，（b)係對矽晶圓照射雷射光之狀態，（c)係在 矽晶圓的內部形成有切斷起點區域之狀態β -30- 1321828 【第15(a)〜（c)圖】第15圖係用以說明本實施形態的半導 體基板之切斷方法的模式圖，（a)爲在矽晶圓上貼著附有黏 晶樹脂的薄膜之狀態，（b)爲從矽晶圓剝下保護膜之狀態，（c) 爲對擴張薄膜照射紫外線之狀態。 【第16(a)〜（c)圖】第16圖係用以說明本實施形態的半導 體基板之切斷方法的模式圖，（a)爲擴張薄膜被擴展之狀態 ，（b)爲半導體晶片連同被切斷的黏晶樹脂層一起被拾取的 狀態，（c)爲半導體晶片隔著黏晶樹脂層而被接合在導線架 之狀態。 【第17(a)、（b)圖】第17圖係表示本實施形態的半導體基 板之切斷方法中之矽晶圓與切斷起點區域間的關係之模式 圖，（a)爲未產生以切斷起點區域爲起點的裂縫之狀態，（b)爲 以切斷起點區域爲起點的裂縫到達矽晶圓之表面與背面之 狀態。 【第18(a)、（b)圖】第18圖係表示本實施形態的半導體基 板之切斷方法中之矽晶圓與切斷起點區域間的關係之模式 圖，（a)爲以切斷起點區域爲起點的裂縫到達矽晶圓之表面 的狀態，（b)爲以切斷起點區域爲起點的裂縫到達矽晶圓之 背面的狀態。 【第19(a)〜（c)圖】第19圖係用以說明本實施形態的半導 體基板之切斷方法的具體例之模式圖，U)爲矽晶圓及保護 膜被固定在載置台上之狀態，（b)爲對矽晶圓照射雷射光之 狀態，（c)爲在矽晶圓的內部形成有切斷起點區域之狀態。 【第20(a)〜（c)圖】第2〇圖係用以說明本實施形態的半導 1321828 體基板之切斷方法的具體例之模式圖，（a)爲在矽晶圓固定 有黏晶樹脂層之狀態，（b)爲對黏晶樹脂層照射雷射光之狀 態，（c)爲在黏晶樹脂層形成有變質區域之狀態。 【第21(a)〜（c)圖】第21圖係用以說明本實施形態的半導 體基板之切斷方法的具體例之模式圖，（a)爲在黏晶樹脂層 隔著黏著劑層將擴張薄膜貼上之狀態，（b)爲從矽晶圓剝下 保護膜之狀態，（c)爲擴張薄膜被擴展之狀態。
【第22(a)〜（c)圖】第22圖係用以說明本實施形態的半導 體基板之切斷方法的其他具體例之模式圖，（a)爲在矽晶圓 貼上附有黏晶樹脂的薄膜之狀態，（b)爲對黏晶樹脂層照射 雷射光之狀態，（c)爲在黏晶樹脂層形成了變質區域之狀態。 【第23(a)〜（c)圖】第23圖係用以說明本實施形態的半導 體基板之切斷方法的其他具體例之模式圖，（a)爲矽晶圓由 雷射加工裝置的載置台被卸下之狀態，（b)爲保護膜由矽晶 圓被剝下之狀態，（c)爲擴張薄膜被擴展之狀態。 【主要元件符號說明】
1···半導體基板 3…表面 5···切斷預定線 7…改質區域 8···切斷起點區域 11…矽晶圓（半導體基板） 1 3…溶融處理區域 14…微小空洞 -32- 1321828 15…機能元件 17…背面（雷射光入射面） 21…擴張薄膜（保持構件） 23…黏晶樹脂層 28…裂縫 L…雷射光 P···集光點。 -33-

Claims (1)

1321828
十、申請專利範圍 第93 1 27 3 7〇號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國98年5月19日修正 1. 一種半導體裝置的製造方法，係將表面形成有複數 個機能元件的半導體基板按該各機能元件進行切斷用以製 造具有機能元件的半導體裝置，該方法的特徵爲具備： 以覆蓋該機能元件的方式將保護構件安裝於該半導體 基板之表面側的步驟； 在完成該保護構件之安裝後，將該半導體基板的背面 作爲雷射光入射面且使集光點對準該半導體基板的內部並 照射雷射光，藉此而形成改質區域，且利用其改質區域， 沿著每一條可通過相鄰的該機能元件間的方式而既被以格 子狀設定在該半導體基板上之切斷預定線，在距離該雷射 光入射面之預定距離內側形成切斷起點區域之步驟； 在形成該切斷起點區域之後’於該半導體基板的背面 隔著黏晶樹脂層而安裝可擴張的保持構件之步驟； 在完成該保持構件之安裝後’藉由擴張該保持構件而 將該半導體基板以該切斷起點區域爲切斷起點而沿著該切 斷預定線作切斷，同時沿該切斷面切斷該黏晶樹脂層’而 獲得背面呈密接有該黏晶樹脂層的狀態且表面形成有機能 元件的複數個半導體晶片之步驟； 在獲得複數個該半導體晶片後、將該半導體晶片透過 既密接在其背面的該黏晶樹脂層而固定於導線架以獲得該 1321828 I ⑼健頁 半導體裝置之步驟。 項之半導體裝置的製造方法， 2 .如申請專利範圍第 其中 該保持構件係在保護構件自該半導體基板之表面側被 去除之後會被擴張。 -2-
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