JP4515790B2 - 半導体装置の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体装置の製造方法及びその製造装置に関するもので、特に半導体素子が形成されたウェーハを分割して半導体チップを形成する工程に適用されるものである。

従来、半導体素子が形成されたウェーハを分割して半導体チップを形成する際には、例えばウェーハ表面（半導体素子形成面）にダイヤモンドペンなどで溝や穴を形成し、その部分を起点に機械的に加圧して劈開している（例えば特許文献１，２，３参照）。あるいは、レーザー光線を照射してウェーハ内部に改質層を形成した後、その部分を起点に機械的に加圧して劈開している（例えば特許文献４参照）。半導体チップの側面を劈開面にすることで、ダイシングで発生する機械的あるいは熱的なダメージによるチッピングやクラックの影響を低減できるため、半導体チップの強度を向上でき、薄厚化による強度低下の問題を解決できる。

しかしながら、これらの分割方法では、劈開時における外力の最適化が難しく、必要以上の外力による半導体チップそのもののワレやカケ、あるいは半導体チップ同士の干渉によるワレやカケが生じるため、切断面の形状が均一にできず製造歩留まりが低下する。また、現行の方法では、チップ分割ラインやダイシングライン毎に個別に劈開を行っているため、１枚のウェーハからのチップの取得数の増加に伴って、分割工程に要する時間も増加している。

上記のように従来の半導体装置の製造方法及びその製造装置は、ウェーハを分割して半導体チップを形成する際に、劈開時に外力を最適化するのが難しく、必要以上の外力による半導体チップそのもののワレやカケ、あるいは半導体チップ同士の干渉によるワレやカケが生じ、製造歩留まりが低下するという問題があった。また、１枚のウェーハからのチップの取得数の増加に伴って、分割工程に要する時間が増加するという問題があった。
特開２０００−１２４１５９ 特開２００１−２５７１８０ 特開２００２−１９８３２６ 特開２００３−３３４６７５

この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製造歩留まりを向上でき、分割工程に要する時間も短縮できる半導体装置の製造方法及びその製造装置を提供することにある。

この発明の一態様によると、半導体素子が形成されたウェーハの劈開面に沿ったチップ分割ラインまたはダイシングライン上であってウェーハの裏面に、劈開の起点となる溝を形成する工程と、前記ウェーハ内の各半導体チップのコーナー部に貫通孔を形成する工程と、前記劈開の起点となる溝に液状物質を注入する工程と、前記液状物質が物理的に変化する外的因子を加えて変化させ、その変化を利用して前記ウェーハを劈開して個々の半導体チップに分割する工程とを具備する半導体装置の製造方法が提供される。
また、この発明の一態様によると、半導体素子が形成されたウェーハの劈開面に沿ったチップ分割ラインまたはダイシングライン上であってウェーハの裏面に、劈開の起点となる第１の溝を形成する工程と、前記ウェーハの主表面の外周部に第２の溝を形成する工程と、前記劈開の起点となる第１の溝に液状物質を注入する工程と、前記液状物質が物理的に変化する外的因子を加えて変化させ、その変化を利用して前記ウェーハを劈開して個々の半導体チップに分割する工程とを具備する半導体装置の製造方法が提供される。

また、この発明の一態様によると、半導体素子が形成されたウェーハの劈開面に沿ったチップ分割ラインまたはダイシングライン上であってウェーハの裏面に、劈開の起点となる溝を形成する手段と、前記ウェーハ内の各半導体チップのコーナー部に貫通孔を形成する手段と、前記劈開の起点となる溝に液状物質を注入する手段と、前記液状物質が物理的に変化する外的因子を加えて変化させる手段とを具備し、前記液状物質の変化を利用して前記ウェーハを劈開して個々の半導体チップに分割する半導体装置の製造装置が提供される。
また、この発明の一態様によると、半導体素子が形成されたウェーハの劈開面に沿ったチップ分割ラインまたはダイシングライン上であってウェーハの裏面に、劈開の起点となる第１の溝を形成する手段と、前記ウェーハの主表面の外周部に第２の溝を形成する手段と、前記劈開の起点となる第１の溝に液状物質を注入する手段と、前記液状物質が物理的に変化する外的因子を加えて変化させる手段とを具備し、前記液状物質の変化を利用して前記ウェーハを劈開して個々の半導体チップに分割する半導体装置の製造装置が提供される。

この発明によれば、製造歩留まりを向上でき、分割工程に要する時間も短縮できる半導体装置の製造方法及びその製造装置が得られる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
図１乃至図８はそれぞれ、この発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、図１乃至図６はそれぞれ製造工程を順次示す斜視図、図７（ａ），（ｂ）は溝を形成した後におけるウェーハの裏面の平面図及びその断面図、図８（ａ），（ｂ）は加熱（または冷却）工程の溝部の拡大断面図、図９は製造工程図である。

まず、図１に示すように、ウェーハ１０の主表面１０Ａに周知の製造工程により種々の半導体素子を形成する（ＳＴＥＰ１）。

その後、このウェーハ１０の裏面１０Ｂに、図２に示すようにグラインダー１１（ダイシング）などでチップ分割ラインまたはダイシングラインに沿って溝１２−１，１２−２，１２−３，…を形成する（ＳＴＥＰ２）。これらの溝１２−１，１２−２，１２−３，…は、劈開面に沿って形成され劈開の起点となる。溝１２−１，１２−２，１２−３，…の形成が終了すると、図７（ａ），（ｂ）に示すようにチップ１３−１，１３−２，１３−３，…の外周に対応するウェーハ１０の裏面１０Ｂにマス目状に溝１２−１，１２−２，１２−３，１２−４，…が形成される。

次に、図３に示すように、上記溝１２−１，１２−２，１２−３，…内にノズル１４から水などの液状物質を注入する（ＳＴＥＰ３）。

その後、図４に示すように、上記ウェーハ１０の裏面１０Ｂに加熱（または冷却）プレート１５を密着させる（ＳＴＥＰ４）。このプレート１５には、加熱（または冷却）しても材質の変わらない鉄やステンレスを用いる。図４ではプレート１５がウェーハ１０と同一形状で同一サイズの場合を示しているが、ウェーハ１０の裏面１０Ｂを完全に覆れば形状やサイズはウェーハ１０と同じ必要はない。

そして、図５に示すように、上記加熱（または冷却）プレート１５により液状物質を加熱（または冷却）する（ＳＴＥＰ５）。液状物質として水を溝１２−１，１２−２，１２−３，…内に注入した場合には、図８（ａ）に示すように加熱によって水が膨張または気化して水蒸気となり、図８（ｂ）に示すように溝１２−１，１２−２，１２−３，…を起点にして劈開が起こる。あるいは、冷却によって水が凍結すると同様に体積が膨張し、溝１２−１，１２−２，１２−３，…を起点にして劈開が起こる。

その後、図６に示すように加熱（または冷却）プレート１５を外すとウェーハ１０は個々のチップ１３−１，１３−２，１３−３，…に分割される（ＳＴＥＰ６）。

そして、必要に応じてウェーハ１０の裏面１０Ｂを研削（ＢＳＧ）して薄厚化するとともに溝１２−１，１２−２，１２−３，…の形成によって形成されたダメージ層を除去する（ＳＴＥＰ７）。

このような製造方法によれば、劈開時に機械的な外力を加えないため、ウェーハ１０に必要以上の力を加えることなく分割でき、ウェーハ自体のワレやカケが生じ難く、且つ半導体チップ同士の干渉によるカケやワレも生じ難い。これによって、製造歩留まりを向上できる。また、１枚のウェーハを一括して劈開して分割することができるので分割工程に要する時間を短縮できる。

［第２の実施の形態］
図１０（ａ），（ｂ）はそれぞれ、この発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、図７（ａ），（ｂ）に対応するものである。本実施の形態では、ウェーハ１０の裏面１０Ｂの溝１２−１，１２−２，１２−３，…に加えて各チップ１３−１，１３−２，１３−３，…のコーナー部に劈開の進行を導くガイド用の貫通孔１６−１，１６−２，１６−３，…を設けている。

他の製造工程は第１の実施の形態と同様である。

このような製造方法によれば、劈開の進行を上記貫通孔１６−１，１６−２，１６−３，…によって一方向に導くことができ、より正確な劈開ができる。

［第３の実施の形態］
図１１（ａ），（ｂ）はそれぞれ、この発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、図７（ａ），（ｂ）に対応するものである。本実施の形態では、ウェーハ１０の裏面１０Ｂの溝１２−１，１２−２，１２−３，…に加えてウェーハの外周部の主表面（素子形成面側）にも溝１７−１，１７−２，１７−３，…を設けている。

他の製造工程は第１，第２の実施の形態と同様である。

このような製造方法によれば、ウェーハ１０の外周部から中心部に向かって劈開を進行させることができ、正確な劈開ができる。

［第４の実施の形態］
図１２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、この発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、図７（ａ），（ｂ）に対応するものである。本実施の形態は、上述した第１乃至第３の実施の形態を組み合わせたもので、ウェーハ１０の裏面１０Ｂの溝１２−１，１２−２，１２−３，…に加えて、各チップ１３−１，１３−２，１３−３，…のコーナー部に劈開の進行を導くガイド用の貫通孔１６−１，１６−２，１６−３，…を設けるとともに、ウェーハ１０の外周部の１０Ａ（素子形成面側）に溝１７−１，１７−２，１７−３，…を設けている。

他の製造工程は第１乃至第３の実施の形態と同様である。

このような製造方法によれば、ウェーハ１０の外周部から中心部に向かって、ガイド用の貫通孔１６−１，１６−２，１６−３，…を用いつつ劈開を進行させることができ、容易により正確な劈開ができる。

［第５の実施の形態］
図１３（ａ），（ｂ）はそれぞれ、この発明の第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、図７（ａ），（ｂ）に対応するものである。本実施の形態は、ウェーハ１０の外周部の主表面（素子形成面側）に溝１７−１，１７−２，１７−３，…を設けたものである。

他の製造工程は第１乃至第４の実施の形態と同様である。

このような製造方法であっても、ウェーハの外周部から中心部に向かって劈開を進行させて分割することができる。

［第６の実施の形態］
図１４（ａ），（ｂ）はそれぞれ、この発明の第７の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、図７（ａ），（ｂ）に対応するものである。本実施の形態は、ウェーハ１０の外周部の主表面（素子形成面側）に溝１７−１，１７−２，１７−３，…を設け、且つ各チップ１３−１，１３−２，１３−３，…のコーナー部に劈開の進行を導くガイド用の貫通孔１６−１，１６−２，１６−３，…を設けたものである。

他の製造工程は第１乃至第５の実施の形態と同様である。

このような製造方法であっても、ウェーハ１０の外周部から中心部に向かって劈開を進行させ、且つ劈開の進行を上記貫通孔１６−１，１６−２，１６−３，…によって一方向に導くことができ、正確な劈開ができる。

なお、この発明は上述した第１乃至第６の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することが可能である。

［変形例１］
例えば上記各実施の形態において、溝１２−１，１２−２，１２−３，…、１７−１，１７−２，１７−３，…や貫通孔１６−１，１６−２，１６−３，…内に注入する物質が水の場合を例に取って説明したが、液状樹脂や薬品など外的因子によって物理的に変化する他の液状物質を用いることができるのはもちろんである。また、ある因子（熱など）で物理的に変化する物質であれば液状に限らず、溝に入るサイズの固体の樹脂を用いることもできる。液状物質に樹脂を使用すると、劈開に使用した樹脂が半導体チップの側面に付着して残存することにより、半導体チップ１３−１，１３−２，１３−３，…の保護と強度の向上が図れる。

［変形例２］
ウェーハ１０に形成する溝１２−１，１２−２，１２−３，…、１７−１，１７−２，１７−３，…や貫通孔１６−１，１６−２，１６−３，…のウェーハ面内位置や数、サイズなどは、上述した各実施の形態に限られるものではなく、劈開が可能で且つチップ１３−１，１３−２，１３−３，…の側面が全て劈開面になるように決定すれば良い。

もちろん、例えばチップサイズが小さい場合は、貫通孔１６−１，１６−２，１６−３，…のみを用いて分割することも可能である。

［変形例３］
溝１２−１，１２−２，１２−３，…、１７−１，１７−２，１７−３，…や貫通孔１６−１，１６−２，１６−３，…の形成は、各実施の形態で説明したグラインダー１１だけでなくダイヤモンドスクライバーやダイヤモンドブレードを用いることもできる。また、これらの物理的な方法に限らず、エッチングなどの化学的な方法、レーザー光線の照射などの光学的な方法を用いることもでき、液状物質が注入できる大きさの溝や貫通孔が形成できれば良い。

［変形例４］
溝１２−１，１２−２，１２−３，…、１７−１，１７−２，１７−３，…の断面形状は、図１５に示すような四角形状だけでなく、図１６に示すようなステップ形状、図１７に示すような三角形状、図１８に示すようなベベルエッジ形状、図１９に示すような線状（レーザー光線の照射による改質層）など種々の形状が適用できる。

上述したように、この発明の第１乃至第６の実施の形態及び第１乃至第４の変形例に係る半導体装置の製造方法並びに製造装置によれば、機械的な外力を加えないで半導体ウェーハを分割するため、必要以上の力が加わることなく劈開でき、ウェーハ自体のワレやカケが生じ難く、且つ半導体チップ同士の干渉によるカケやワレも生じ難い。よって、製造歩留まりを向上できる。また、１枚のウェーハを一括して劈開して分割することができるので分割工程に要する時間を短縮できる。

以上第１乃至第６の実施の形態と変形例１乃至４を用いてこの発明の説明を行ったが、この発明は上記各実施の形態や変形例に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば各実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

この発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、第１の製造工程を示す斜視図。 この発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、第２の製造工程を示す斜視図。 この発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、第３の製造工程を示す斜視図。 この発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、第４の製造工程を示す斜視図。 この発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、第５の製造工程を示す斜視図。 この発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、第６の製造工程を示す斜視図。 溝を形成した後のウェーハの裏面の平面図及びその断面図。 加熱（または冷却）工程の溝部の拡大断面図。 この発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための製造工程図。 この発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、ウェーハの裏面の平面図及びその断面図。 この発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、ウェーハの裏面の平面図及びその断面図。 この発明の第４の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、ウェーハの裏面の平面図及びその断面図。 この発明の第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、ウェーハの裏面の平面図及びその断面図。 この発明の第６の実施の形態に係る半導体装置の製造方法及びその製造装置について説明するためのもので、ウェーハの裏面の平面図及びその断面図。 溝の断面形状について説明するための断面図。 溝の他の断面形状について説明するための断面図。 溝の更に他の断面形状について説明するための断面図。 溝の別の断面形状について説明するための断面図。 溝の更に別の断面形状について説明するための断面図。

符号の説明

１０…ウェーハ、１０Ａ…主表面（素子形成面側）、１０Ｂ…裏面、１１…グラインダー、１２，１２−１，１２−２，１２−３，１２−４，…溝、１３−１，１３−２，１３−３，…半導体チップ、１４…ノズル、１５…加熱（または冷却）プレート、１６−１，１６−２，１６−３，…貫通孔、１７−１，１７−２，１７−３，…溝。

Claims (4)

1. 半導体素子が形成されたウェーハの劈開面に沿ったチップ分割ラインまたはダイシングライン上であってウェーハの裏面に、劈開の起点となる溝を形成する工程と、
   前記ウェーハ内の各半導体チップのコーナー部に貫通孔を形成する工程と、
   前記劈開の起点となる溝に液状物質を注入する工程と、
   前記液状物質が物理的に変化する外的因子を加えて変化させ、その変化を利用して前記ウェーハを劈開して個々の半導体チップに分割する工程と
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 半導体素子が形成されたウェーハの劈開面に沿ったチップ分割ラインまたはダイシングライン上であってウェーハの裏面に、劈開の起点となる第１の溝を形成する工程と、
   前記ウェーハの主表面の外周部に第２の溝を形成する工程と、
   前記劈開の起点となる第１の溝に液状物質を注入する工程と、
   前記液状物質が物理的に変化する外的因子を加えて変化させ、その変化を利用して前記ウェーハを劈開して個々の半導体チップに分割する工程と
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 半導体素子が形成されたウェーハの劈開面に沿ったチップ分割ラインまたはダイシングライン上であってウェーハの裏面に、劈開の起点となる溝を形成する手段と、
   前記ウェーハ内の各半導体チップのコーナー部に貫通孔を形成する手段と、
   前記劈開の起点となる溝に液状物質を注入する手段と、
   前記液状物質が物理的に変化する外的因子を加えて変化させる手段とを具備し、
   前記液状物質の変化を利用して前記ウェーハを劈開して個々の半導体チップに分割することを特徴とする半導体装置の製造装置。
4. 半導体素子が形成されたウェーハの劈開面に沿ったチップ分割ラインまたはダイシングライン上であってウェーハの裏面に、劈開の起点となる第１の溝を形成する手段と、
   前記ウェーハの主表面の外周部に第２の溝を形成する手段と、
   前記劈開の起点となる第１の溝に液状物質を注入する手段と、
   前記液状物質が物理的に変化する外的因子を加えて変化させる手段とを具備し、
   前記液状物質の変化を利用して前記ウェーハを劈開して個々の半導体チップに分割することを特徴とする半導体装置の製造装置。

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