JP4505789B2

JP4505789B2 - チップ製造方法

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Publication number: JP4505789B2
Application number: JP2004033422A
Authority: JP
Inventors: 康之酒谷; 正幸東
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-02-10
Also published as: JP2005228794A

Description

本発明は、半導体装置や電子部品等のチップを製造するチップ製造方法に関するもので、特にウェーハの裏面を研削して所定の厚さに加工した後、ダイシング加工を行い個々のチップに分割するチップ製造方法に関するものである。

半導体製造工程等において、表面に半導体装置や電子部品等が形成されたウェーハは、プロービング工程で電気試験が行われた後、ダイシング工程で個々のチップ（ダイ、又はペレットとも言われる）に分割され、次に個々のチップはダイボンディング工程で部品基台にダイボンディングされる。ダイボンディングされた後はワイヤボンディングされ、ワイヤボンディングされた後は、樹脂モールドされて、半導体装置や電子部品等の完成品となる。

プロービング工程の後ウェーハは、図１０に示すように、片面に粘着層が形成された厚さ１００μｍ程度の粘着シート（ダイシングシート又はダイシングテープとも称される）Ｓに裏面を貼り付けられ、剛性のあるリング状のフレームＦにマウントされる。ウェーハＷはこの状態でダイシング工程内、ダイシング工程−ダイボンディング工程間、及びダイボンディング工程内を搬送される。

ところで、近年スマートカードに代表される薄型ＩＣカード等に組込まれる極薄のＩＣチップが要求されるようになってきている。このような極薄のＩＣチップは、１００μｍ以下の極薄のウェーハＷから個々のチップに分割することによって製造されている。

このため、プロービング工程の後、ウェーハＷの裏面を研削して１００μｍ以下の極薄のウェーハに加工してからダイシングするようになってきた。

このような背景の下に、従来の半導体装置や電子部品等のチップ製造方法は、図１１に示すように、先ず表面に半導体装置や電子部品等が多数形成されたウェーハＷの表面を保護するために、片面に粘着剤を有する保護シート（保護テープとも称される）をウェーハ表面に貼る保護シート貼付工程が行われる（ステップＳ１０１）。次にウェーハＷを裏面から研削して所定の厚さに加工する裏面研削工程が行われる（ステップＳ１０３）。

裏面研削工程の後、片面に粘着剤を有するダイシングシート（ダイシングテープとも称される）Ｓを用いてウェーハＷをダイシング用フレームＦに取付けるフレームマウント工程が行われ、ウェーハＷとダイシング用のフレームＦとが一体化される（ステップＳ１０５）。次にこの状態でウェーハＷをダイシングシートＳ側で吸着し、表面に貼付されている保護シートを剥離する保護シート剥離工程が行われる（ステップＳ１０７）。

保護シートが剥離されたウェーハＷは、フレームＦごとダイシングソーに搬送され、高速回転するダイヤモンドブレードで個々のチップＴに切断される（ステップＳ１０９）。切断された個々のチップＴは、ダイシングシートＳに貼付されたままバラバラにならず、ウェーハ状態を保っているので、ここでは、便宜上このウェーハ状態を保ったチップＴの集合体をもウェーハＷと呼ぶことにする。

次にエキスパンド工程でダイシングシートＳが放射状に引き伸ばされて、個々のチップＴの間隔が広げられ（ステップＳ１１１）、チップマウント工程でリードフレーム等のパッケージ基材にマウントされる（ステップＳ１１３）。

ところがこの従来のチップ製造方法では、厚さ１００μｍ以下の極薄のウェーハＷの場合、この従来のダイシングソーで切断すると、切断時にウェーハＷにチッピングや割れ欠けが生じ、良品チップＴを不良品にしてしまうという問題があった。

この切断時にウェーハＷにチッピングや割れ欠けが生じるという問題を解決する手段として、従来のダイシングソーによる切断に替えて、ウェーハＷの内部に集光点を合わせたレーザー光を入射し、ウェーハ内部に多光子吸収による改質領域を形成して個々のチップＴに分割するレーザ加工方法に関する技術が提案されている。（例えば、特許文献１〜６参照。）。
特開２００２−１９２３６７号公報特開２００２−１９２３６８号公報特開２００２−１９２３６９号公報特開２００２−１９２３７０号公報特開２００２−１９２３７１号公報特開２００２−２０５１８０号公報

上記の特許文献１〜６で提案されている技術は、従来のダイシングソーによるダイシング装置に替えて、レーザー光を用いた割断技術によるダイシング装置を提案したもので、切断時にウェーハＷにチッピングや割れ欠けが生じるという問題は解決する。

しかし、このレーザー光を用いたダイシング方法では、ウェーハ主表面のストリートにТＥＧ（Test Elementary Group;プロセス及びデバイスの評価や管理を行うためのテストパターン）が形成されたウェーハＷの場合、ウェーハ主表面側からレーザー光を入射させるとТＥＧが障壁となって上手くダイシングできず、また、ウェーハＷの裏面側にはダイシングシートが貼付されているので裏面側からも上手くダイシングできないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、厚さ１００μｍ以下の極薄のウェーハであっても、またストリートにТＥＧが形成されたウェーハであっても、ダイシング時にウェーハにチッピングや割れ欠けが生ぜず、また、ウェーハをフレームと一体化した状態でダイシング装置内、ダイシング装置とダイボンダ間、及びダイボンダ内をフレーム搬送することのできるチップ製造方法を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ウェーハを個々のチップに分割するチップ製造方法において、前記ウェーハの主表面に保護シートを貼付する工程と、前記保護シートが貼付されたウェーハの裏面を加工して、該ウェーハを所定の厚さに仕上げる裏面加工工程と、前記ウェーハに前記保護シートを介してダイシングシートを貼付するとともに、前記ダイシングシートを前記ウェーハの外側に配置されたリング状の第１のフレームに貼付することにより、前記ウェーハと前記第１のフレームとを一体化する第１のフレームマウント工程と、前記ウェーハの裏面側からレーザー光を入射させ、前記ウェーハの内部に改質領域を形成することにより前記ウェーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング工程と、前記ウェーハの裏面を上にして当該ウェーハを吸着テーブルに吸着載置させた状態でカッタを前記ウェーハの外周に沿って１周させることにより前記ダイシングシートを切断して、前記ウェーハと前記第１のフレームとを別体とし、次いで前記ウェーハの裏面を上にして当該ウェーハを前記吸着テーブルに吸着載置させた状態のまま当該吸着テーブルを上昇させてリング状の第２のフレームの上面と前記ウェーハの裏面とが同一高さになるように位置決めさせた後に、前記ウェーハの裏面にエキスパンドシートを貼付するとともに、前記エキスパンドシートを前記第２のフレームに貼付することにより、前記ウェーハと前記第２のフレームとを一体化する第２のフレームマウント工程と、前記ウェーハの主表面に貼付されている保護シートを剥離する保護シート剥離工程と、前記エキスパンドシートを放射状に引き伸ばして、個々のチップ間隔を拡大するエキスパンド工程と、を有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ウェーハの主表面に保護シートを貼付してウェーハを所定の厚さに加工し、加工後は保護シート側にダイシングシートを貼付して第１のフレームにマウントするので、ダイシング装置内をフレーム搬送することができるとともに、ウェーハの裏面からレーザーダイシングすることができる。

また、ダイシング後はウェーハの裏面側にエキスパンドシートを貼付してウェーハを第２のフレームにマウントするので、通常行われているようにダイシング装置とダイボンダ間、及びダイボンダ内をフレーム搬送して個々のチップをピックアップすることができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のチップ製造方法において、前記第１のフレームと前記第２のフレームとは同種のフレームであることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、第１のフレームと第２のフレームとが同種のフレームであるので、ダイシング装置内、ダイシング装置とダイボンダ間、及びダイボンダ内を従来の搬送手段をそのまま用いてフレーム搬送することができる。

以上説明したように本発明のチップ製造方法によれば、厚さ１００μｍ以下の極薄のウェーハであっても、またストリートにТＥＧが形成されたウェーハであっても、レーザーダイシングでウェーハにチッピングや割れ欠けを生じさせずにダイシングすることができ、また、ウェーハをフレームと一体化した状態でダイシング装置内、ダイシング装置とダイボンダ間、及びダイボンダ内をフレーム搬送することができる。

以下添付図面に従って本発明に係るチップ製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。尚、各図において同一部材には同一の番号または記号を付している。なお、各図においてウェーハやシートの厚さは分り易いように極端に厚く記載してあるが、実際は厚さ１００μｍ程度のものである。

図１は、本発明に係るチップ製造方法の工程の流れを説明するフローチャートである。先ず、主表面側に回路パターンが形成されたウェーハＷのパターン面を保護するために、パターン面に保護シートを貼付する（ステップＳ１１）。

図２は、保護シート貼付け機の概念図である。保護シート貼付け機２０では、吸着テーブル２１にウェーハＷがその回路パターンＷＰを上にして吸着支持される。吸着テーブル２１の上方には供給リール２２が設けられ、供給リール２２から繰り出された保護シートＰＳがガイドローラ２４、２５を経て巻取りリール２３に巻き取られるようになっている。

保護シートＰＳは、貼付け面に紫外線硬化型粘着剤を有しており、プレスローラ２６を下方に押圧しながら横方向に転動させることによってウェーハＷの回路パターンＷＰに保護シートＰＳが貼付される。その後、図示しないカッタでウェーハＷの外周に沿って切断され、残った保護シートＰＳは巻取りリール２３に巻き取られる。以上が保護シート貼付工程である。

ステップＳ１１で主表面に保護シートＰＳが貼付されたウェーハＷは、図３に示すように、バックグラインダ３０の回転する吸着テーブル３１に保護シートＰＳ側を下にして吸着され、裏面を回転する砥石３２で研削され（図３（ａ））、所定の厚さ（１００μｍ以下）に加工され、次いで吸着テーブル３１に保持されたまま図示しない研磨ヘッドによって研磨されて、研削加工時に形成された加工変質層が除去される（図３（ｂ））。保護シートＰＳは研削加工圧に対して十分な硬度を有しているので、精度よく加工することができる。これがウェーハＷの裏面加工工程である（ステップＳ１３）。

次にウェーハＷは、図４に示すフレームマウンタ４０に移され、吸着テーブル４１に回路パターンＷＰ側を上にして吸着載置される。次いでウェーハＷの外側に剛性の有るリング状の第１のフレームＦ１が吸着載置される。

吸着テーブル４１の上方には供給リール４２が設けられ、供給リール４２から繰り出された第１の粘着シートであるダイシングシートＳがガイドローラ４４、４５を経て巻取りリール４３に巻き取られるようになっている。

ダイシングシートＳは、貼付け面に粘着剤を有しており、プレスローラ４６を下方に押圧しながら横方向に転動させることによってウェーハＷの裏面、及び第１のフレームＦ１にダイシングシートＳが貼付される。

その後、カッタ４７が下方に押圧されながら１回転して第１のフレームＦ１の外周近傍に沿ってダイシングシートＳを切断し、残ったダイシングシートＳは巻取りリール４３に巻き取られる。この状態でウェーハＷはダイシングシートＳを介して第１のフレームＦ１にマウントされ、一体化される（ステップＳ１５）。これが第１のフレームマウント工程である。

第１のフレームＦ１と一体化されたウェーハＷは、カセットに多数枚収納されてレーザーダイシング装置に投入される。

図５は、レーザーダイシング装置を説明する概念図である。レーザーダイシング装置１０は、図５に示すように、マシンベース１１上にＸＹＺθテーブル１２が設けられ、ウェーハＷを吸着載置してＸＹＺθ方向に精密に移動される。同じくマシンベース１１上に設けられたホルダ１４にはダイシング用の光学系１３が取付けられている。

光学系１３にはレーザー光源１３Ａが設けられ、レーザー光源１３Ａから発振されたレーザー光はコリメートレンズ、ミラー、コンデンスレンズ等の光学系を経てウェーハＷの内部に集光される。ここでは、集光点におけるピークパワー密度が１×１０⁸( Ｗ／c ｍ²）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件のレーザー光が用いられる。なお、集光点の厚さ方向位置は、ＸＹＺθテーブル１２のＺ方向微動によって調整される。

また、図示しない観察光学系が設けられており、ウェーハ表面に形成されている回路パターンＷＰを基にウェーハＷのアライメントが行われ、レーザー光の入射位置が位置決めされる。アライメントが終了すると、ＸＹＺθテーブル１２がＸＹに移動してウェーハＷのダイシングストリートに沿ってレーザー光が入射される。

図６は、レーザーダイシング装置１０によるレーザーダイシングの様子を概念的に表わしたものである。図６に示すように、ＸＹＺθテーブル１２にはウェーハＷがダイシングシートＳ及び保護シートＰＳを介して裏面を上にして吸着され、第１のフレームＦ１はＸＹＺθテーブル１２に固定されたフレームクランパ１２Ａに吸着されている。

この状態でウェーハＷは、図示しない赤外線照明装置と赤外線カメラとを有する観察光学系によって裏面からアライメントされる。赤外線を使用したウェーハＷの裏面からのアライメントについては、既に周知であるので、詳細説明は省略する。

アライメントが終了後、光学系１３から出射されたウェーハ内部に集光点を有するレーザー光ＬがウェーハＷの裏面から入射され、ウェーハ内部に改質領域ＷＫを形成しウェーハＷを割断する（ステップＳ１７）。これがレーザーダイシング工程である。

ステップＳ１７でレーザーダイシングされたウェーハＷには、次に表裏を逆転させて別のフレームに貼り替えるフレーム貼り替え工程が施される。

図７は、フレーム貼り替え装置５０を示したものである。フレーム貼り替え工程は先ず、図７（ａ）に示すように、ウェーハＷが裏面を上にして吸着テーブル５１に吸着載置され、第１のフレームＦ１は吸着テーブル５１に設けられたフレームクランパ５１Ａに吸着される。この状態でカッタ５７が下降してウェーハＷの外周に沿って１周し、ダイシングシートＳを切断する。これによりウェーハＷは第１のフレームから分離される（ステップＳ１９）。

次に、図７（ｂ）に示すように、吸着テーブル５１がウェーハＷを吸着載置したまま
上昇し、フレームホルダ５９に保持された第２のフレームＦ２の上面とウェーハＷの裏面とが同一高さになるように位置決めする。

一方、吸着テーブル５１の上方には供給リール５２が設けられ、供給リール５２から繰り出された第２の粘着シートであるエキスパンドシートＥＳがガイドローラ５４、５５を経て巻取りリール５３に巻き取られるようになっている。

エキスパンドシートＥＳは、貼付け面に紫外線硬化型粘着剤を有しており、プレスローラ５６を下方に押圧しながら横方向に転動させることによってウェーハＷの裏面、及び第２のフレームＦ２の上面にエキスパンドシートＥＳが貼付される。

その後、カッタ５７がエキスパンドシートＥＳに押圧されながら１回転して第２のフレームＦ２の外周近傍に沿ってエキスパンドシートＥＳを切断し、残ったエキスパンドシートＥＳは巻取りリール２３に巻き取られる。この状態でウェーハＷはエキスパンドシートＥＳを介して第２のフレームＦ２に表裏逆転して貼り替えられ、一体化される（ステップＳ２１）。これが第２のフレームマウント工程（フレーム貼り替え工程）である。

なお、第１のフレームＦ１と第２のフレームＦ２とが同種のフレームであると、ダイシング装置とダイボンダ間、及びダイボンダ内を既存の搬送装置を用いてフレーム搬送することができるので好適である。

次に、第２のフレームＦ２に貼り替えられたウェーハＷは、図８に示す剥離装置６０に搬送される。剥離装置６０では、先ず、ウェーハＷの主表面側のダイシングシートＳ側から、図示しない紫外線照射装置によって紫外線を照射する。保護シートＰＳは紫外線透過型の樹脂が用いられているので、保護シートＰＳに形成されていた紫外線硬化型粘着剤層が硬化し、ウェーハＷとの間の粘着力が低下する。

次いで、ウェーハＷは、保護シートＰＳ、ダイシングシートＳ側を上に、裏面に貼付されたエキスパンドシートＥＳ側を下にして吸着テーブル６１に吸着載置され、第２のフレームＦ２は吸着テーブル６１に設けられたフレームクランパ６１Ａに吸着される。

ここで、ウェーハＷの主表面側のダイシングシートＳ側に剥離シートＲＳを貼付し、この剥離シートＲＳを図８（ａ）のハッチング矢印で示す方向に引き上げると、ダイシングシートＳ及び保護シートＰＳが剥離シートＲＳに貼着されたままウェーハＷから剥離される。

これにより、ウェーハＷは、図８（ｂ）に示すように、回路パターンＷＰ側を上にして、裏面にエキスパンドシートＥＳが貼付され、第２のフレームＦ２と一体化された状態となる（ステップＳ２３）。これが保護シート剥離工程である。

ウェーハＷはこの状態でカセットに多数枚収納されて、ダイボンダーに投入される。ダイボンダーではエキスパンドシートＥＳ側から紫外線を照射し、エキスパンドシートＥＳに形成された紫外線硬化型粘着材の粘着力を低減する。次いで、図９に示すエキスパンド手段７０によってエキスパンドシートＥＳを引き伸ばして、レーザーダイシング装置によって割断されたウェーハＷの各チップ間の間隔を拡大するエキスパンド工程が行われる。

エキスパンド工程は、図９に示すように、先ずウェーハＷを吸着テーブル７１上に吸着せずに載置し、第２のフレームＦ２をフレームクランパ７１Ａに吸着保持する。次いで吸着テーブル７１を上昇させ、エキスパンドシートＥＳを放射状に引き伸ばす。これにより個々のチップ間隔が拡大される（ステップＳ２５）。

次に、個々のチップＴを１個づつコレットでピックアップし、リードフレーム等のパッケージ基板にダイボンディング（チップマウント）する（ステップＳ２７）。

以上が本発明の実施の形態に係るチップ製造方法の工程の流れである。このように本発明によれば、ウェーハＷをレーザーダイシングするので、１００μｍ以下の極薄のウェーハＷであっても、チッピングや欠けのないチップＴを製造することができる。また、シート材を介さずウェーハの裏面から直接レーザー光Ｌを入射させるので、安定したレーザー割断が行えるとともに、ストリートにＴＥＧの形成されたウェーハＷであっても十分割断することができる。

更に、レーザーダイシング後にウェーハＷの表裏を逆にして別のフレームに貼り替えるので、ダイシング装置内、ダイシング装置とダイボンダ間、及びダイボンダ内を既存の搬送装置を用いてフレーム搬送することができる。

なお、前述した本実施の形態では、ダイシングシートＳとエキスパンドシートＥＳとを夫々別の物を用いたが、ダイシングシートＳは一般的に伸張性のよいものが用いられているので、エキスパンドシートＥＳの代わりにダイシングシートＳを用いてもよい。

本発明に係るチップ製造方法の工程を表わすフローチャート保護シート貼付け工程を説明する概念図裏面加工工程を説明する概念図第１のフレームマウント工程を説明する概念図レーザーダイシング装置を表わす概念図レーザーダイシング工程を説明する概念図第２のフレームマウント工程を説明する概念図保護シート剥離工程を説明する概念図エキスパンド工程を説明する概念図フレームにマウントされたウェーハを表わす斜視図従来のチップ製造方法の工程を表わすフローチャート

符号の説明

１０…レーザーダイシング装置、２０…保護シート貼付け機、３０…バックグラインダ、４０…フレームマウンタ、５０…フレーム貼り替え装置、６０…剥離装置、７０…エキスパンド手段、ＥＳ…エキスパンドシート（第２の粘着シート）、Ｆ１…第１のフレーム、Ｆ２…第２のフレーム、Ｌ…レーザー光、ＰＳ…保護シート、Ｓ…ダイシングシート（第１の粘着シート）、Ｔ…チップ、Ｗ…ウェーハ、ＷＫ…改質領域、ＷＰ…回路パターン

Claims

ウェーハを個々のチップに分割するチップ製造方法において、
前記ウェーハの主表面に保護シートを貼付する工程と、
前記保護シートが貼付されたウェーハの裏面を加工して、該ウェーハを所定の厚さに仕上げる裏面加工工程と、
前記ウェーハに前記保護シートを介してダイシングシートを貼付するとともに、前記ダイシングシートを前記ウェーハの外側に配置されたリング状の第１のフレームに貼付することにより、前記ウェーハと前記第１のフレームとを一体化する第１のフレームマウント工程と、
前記ウェーハの裏面側からレーザー光を入射させ、前記ウェーハの内部に改質領域を形成することにより前記ウェーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング工程と、
前記ウェーハの裏面を上にして当該ウェーハを吸着テーブルに吸着載置させた状態でカッタを前記ウェーハの外周に沿って１周させることにより前記ダイシングシートを切断して、前記ウェーハと前記第１のフレームとを別体とし、次いで前記ウェーハの裏面を上にして当該ウェーハを前記吸着テーブルに吸着載置させた状態のまま当該吸着テーブルを上昇させてリング状の第２のフレームの上面と前記ウェーハの裏面とが同一高さになるように位置決めさせた後に、前記ウェーハの裏面にエキスパンドシートを貼付するとともに、前記エキスパンドシートを前記第２のフレームに貼付することにより、前記ウェーハと前記第２のフレームとを一体化する第２のフレームマウント工程と、
前記ウェーハの主表面に貼付されている保護シートを剥離する保護シート剥離工程と、
前記エキスパンドシートを放射状に引き伸ばして、個々のチップ間隔を拡大するエキスパンド工程と、を有することを特徴とするチップ製造方法。
前記第１のフレームと前記第２のフレームとは同種のフレームであることを特徴とする、請求項１に記載のチップ製造方法。