(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、複数の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、上下左右の方向についても、後述する半導体基板における回路形成面側を上または下とした場合の相対的な方向を示し、必ずしも重力加速度方向を基準としたものとは一致しない。
【0011】
(第1実施形態)
図1〜
図6は第1実施形態を示すもので、以下、第1の基板として、裏面研削およびTSV(through silicon via)を形成する工程を実施する半導体基板1を対象とし、その加工工程について説明する。
【0012】
図1(a)は、例えば第1の基板であるシリコン基板などの半導体基板1の外周部の断面を示している。半導体基板1の表面の外周部を除いた部分の素子形成部2には、半導体製造工程を経ることにより、
図1(b)に示すように、半導体素子を含む半導体回路を有するチップを多数備えた状態に形成する。半導体基板1の素子形成部2への半導体回路の作り込みの工程が終了すると、続いて、半導体基板1の表面(上面)側の外周部分に研削処理(エッジトリミング処理)を行う。これにより、
図1(c)に示すように、半導体基板1の外周部分に段差部1aを形成し、表面側に素子形成部2を残した状態とする。この場合、半導体基板1の段差部1aの研削深さは例えば200〜300μmの範囲に設定することができる。
【0013】
次に、
図2(a)に示すように、半導体基板1の素子形成部2の表面に接着力の弱い剥離層3を設ける。剥離層3としては、小さい応力でせん断破壊が可能な例えば熱可塑性樹脂などの材料が適用可能である。剥離層3は、半導体基板1の表面のほぼ全面に形成するが、最外周部分には周状に未形成の部分を例えば0.1〜5mmの範囲の幅で設けている。したがって、剥離層3は、半導体基板1の素子形成部2の外周部を除いたほぼ全面に形成されている。
【0014】
次に、
図2(b)に示すように、剥離層3を形成した半導体基板1を支持基板4に貼り付ける。この場合、貼り付けには接着剤を用いて接着層5を介した状態とする。支持基板4は、半導体基板1を貼り合わせたときに位置ずれではみ出す場合を想定して、例えば半導体基板1よりも外径寸法が0.1〜1mmの範囲で大きいものを用いている。これにより、位置ずれに起因した半導体基板1の割れを防止することができる。
【0015】
また、支持基板4は、例えば厚さが600〜800μmの範囲のものを用いており、加工工程が終了して分離したものは、表面を研削して再利用することが可能である。なお、支持基板4は、この実施形態においては、例えばシリコン基板を用いている。半導体基板1としてシリコン基板を用いている場合に、同じ材質のシリコン基板を用いることで、熱応力などの歪を受けにくい状態で取り扱うことができるようにしている。支持基板4としては、シリコン基板以外にガラス板などの材料のものを用いることもできる。
【0016】
接着層5の厚さは、例えば1〜100μmの範囲で設けられる。剥離層3の厚さは、支持基板4の剥離が実現できるほど厚く、かつ貼り合わせ中の半導体基板1の位置ずれを防げるほど薄い厚さになるように、例えば0.01〜20μmの範囲で設定される。また、接着層5は、半導体基板1の外周部において、段差部1aの内側の部分を覆うように設けている。なお、前述した剥離層3は、接着層5との密着性もしくは半導体基板1との密着性において、接着層5と支持基板4との密着度より小さくなるように調整されている。なお、剥離層3としては、層間の界面剥離により支持基板4を剥離することができる材料を用いることもできる。
【0017】
次に、
図2(c)に示すように、半導体基板1を支持基板4に貼り付けた状態で、半導体基板1の裏面加工を行う。この場合、まず、裏面研削を実施して半導体基板1の厚さを例えば50μm以下に加工する。これにより、半導体基板1は、外周部に形成されていた段差部1a部分が消失し、最外周部分がカットされた状態となり、エッジトリミング処理により残された表面部分の素子形成部2が残った状態となる。また、半導体基板1の素子形成部2には、裏面研削処理の後、その他の裏面加工が実施される。例えば、裏面側から表面側に貫通する貫通電極(TSV)や、貫通電極の電極パッドなどを周知の方法により形成する。
【0018】
上述のようにして半導体基板1の素子形成領域2に対する加工工程が終了すると、続いて、
図3(a)、(b)に示すように、半導体基板1の素子形成部2の裏面にテープ6を貼り付ける。ここで、
図3(a)は、支持基板4と半導体基板1の素子形成部2の周辺部の断面を示している。
図3(b)は、リングフレーム7全体を示した断面図である。なお、
図3(b)では、剥離層4および接着層5は図示を省略している。
【0019】
図3(a)、(b)に示すように、テープ6は半導体基板1の素子形成部2の外形より大きくカットされ、リングフレーム7により保持されている。テープ6は、基材および接着剤を主体とした粘着層を含む2層以上の積層構造となっている。また、テープ6の粘着層は、紫外線(UV)照射により架橋・硬化し、紫外線を受けた硬化部の接着力が低下する特性を有している。
【0020】
次に、
図4(a)、(b)示すように、テープ6に紫外線照射を行う。この場合、紫外線照射を行う範囲は、接着層5が直接半導体基板1の素子形成部2と接する貼り合わせた部分よりも大きい範囲である。これにより、テープ6に接着強度が低下した硬化部6aを形成する。硬化部6aは、円環状に形成されていて、
図4(a)に示しているように、その内側の径は、素子形成部2の上面に設けている剥離層3の外周の位置あるいはそれよりも内側となるように設定され、外側の径は、素子形成部2の外側に位置している接着層5がシート6と接している部分よりも外側となるように設定される。
【0021】
また、テープ6への紫外線照射は、
図6に示すような構成を用いて行う。
図6(a)は、紫外線照射を行う場合の、配置関係の概観を示している。また、
図6(b)は、半導体製造装置としての紫外線照射装置10の概略構成を示している。紫外線照射装置10は、半導体基板1の素子形成部2側を支持基板4に貼り付けた状態でテープ6を素子形成部2の裏面側に貼り付け、これをリングフレーム7により保持した状態のものに、紫外線を照射する装置である。
【0022】
リングフレーム7およびテープ6を載置するテーブル11は、透光性を有するガラス板あるいはアクリル板のような材料からなる円盤状のもので、中央部の下部において回転軸12により支持されている。回転軸12は、モータなどにより回転駆動可能に設けられ、これによってテーブル11は回転可能に構成されている。テーブル11の下面側にレーザ照射部13が設けられている。レーザ照射部13は、紫外線レーザ光を出力可能で、上面のテーブル11に向けて紫外線レーザを照射し、テーブル11上に載置されているリングフレーム7およびテープ6あるいは半導体基板1の素子形成部2に紫外線レーザ光を照射する。このとき、テーブル11を回転軸12により回転させることで紫外線レーザ光は周方向に沿って円環状に照射することができる。また、レーザ照射部13は、照射する紫外線レーザ光の照射幅を適宜の幅に設定することができるように構成されている。
【0023】
これにより、
図6(a)に示すように、テープ6を貼り付けた状態の半導体基板1の素子形成部2の周囲に下方から紫外線レーザ光を照射すると、テーブル11の回転に伴って、半導体基板1の外周部に沿う部分のテープ6に、紫外線レーザ光が照射されて硬化部6aが円環状に形成される。なお、硬化部6aを形成するのに、テーブル11は、例えば1回転させる。
【0024】
次に、
図5(a)、(b)に示すように、支持基板4を半導体基板1の素子形成部2から分離する。この場合、
図4(a)に示しているように、支持基板4と半導体基板1の素子形成部2とが剥離するのは、図中太破線で示す部分、すなわち、シート6の硬化部6aが接着層5および素子形成部2と面する部分、素子形成部2と剥離層3が面する部分である。また、これらの境界部分の素子形成部2の内部が縦方向に割れて分離する。このとき、素子形成部2は、薄く研削処理されているので、縦方向に割れやすい状態となっており、また、これによって、割れたときに素子形成部2の内側部分への割れの伝播を抑制することができる。
【0025】
これにより、
図5(a)、(b)に示すように、テープ6の硬化部6aの内周部分に貼り付けられた素子形成部2が支持基板4から分離された状態で剥離することができる。テープ6上に貼り付けられた状態の半導体基板1の素子形成部2は、ダイシング処理を行なうことで、使用可能なチップが分離される。
【0026】
このような第1実施形態によれば、半導体基板1を支持基板4に接着層5により貼り付けた状態で素子形成部2への加工を行い、その後、テープ6を貼り付けてから紫外線レーザ光の照射を行って、テープ6に硬化部6aを形成するようにしたので、素子形成部2と接着層5とが密着している部分を硬化部6aを設けることで剥離しやすくすることができるようになる。
【0027】
また、紫外線レーザ光を照射する際の半導体製造装置10として、半導体基板1をテープ6に貼り付け、リングフレーム7で保持した状態で、透光性を有する材料からなるテーブル11に載置し、回転させながら下側からレーザ照射部13により紫外線レーザ光を照射するので、テープ6に円環状をなす硬化部6aを効率的に設けることができる。
【0028】
なお、上記実施形態では、半導体基板1を支持基板4に貼り付ける前に、素子形成部2のスクライブラインに沿った位置に、あらかじめチップに分離しやすい結晶欠陥部などを形成しておくこともできる。
【0029】
(第2実施形態)
図7〜
図12は第2実施形態を示している。以下、第1実施形態と異なる部分について、説明する。
【0030】
この実施形態では、第1実施形態と同様にして半導体基板1を支持基板4に貼り付けて、半導体基板1の裏面加工を行う。この後、テープ6を貼り付ける前に、
図7に示すように、半導体基板1の素子形成部2の裏面にダイシング加工を行う。ダイシング加工では、素子形成部2を切断して剥離層3に至る深さで加工する。これにより、半導体基板1の素子形成部2は、裏面に所定深さでダイシング溝2aが格子状に形成され、半導体回路はチップに分離された状態で剥離層3に接着された状態となる。
【0031】
続いて、
図8に示すように、素子形成部2の裏面側にテープ6を貼り付ける。ここで、
図8(a)は、支持基板4と半導体基板1の素子形成部2の周辺部の断面を示している。
図8(b)は、リングフレーム7全体を示した断面図である。なお、
図3(b)では、剥離層4および接着層5は図示を省略している。テープ6は、第1実施形態と同様のものを使用することができる。また、テープ6の粘着層は、紫外線照射により架橋・硬化し、接着力が低下する特性を有している。
【0032】
次に、
図9(a)、(b)に示すように、接着層5が直接半導体基板1の素子形成部2と接する部分のテープ6に紫外線照射を行う。これにより、テープ6に接着強度が低下した硬化部6aを形成する。硬化部6aは、円環状に形成されていて、
図9(a)に示しているように、その内側の径は、素子形成部2の上面に設けている剥離層3の外周の位置あるいはそれよりも内側となるように設定され、外側の径は、素子形成部2の外側に位置している接着層5がシート6と接している部分よりも外側となるように設定される。
【0033】
次に、
図10(a)、(b)に示すように、支持基板4を半導体基板1の素子形成部2から分離する。この場合、支持基板4と半導体基板1の素子形成領域2とが剥離するのは、
図10(a)に示しているように、シート6の硬化部6aが接着層5および素子形成部2と面する部分、および素子形成部2と剥離層3が面する部分であり、素子形成部2においては、図中ダイシングによりチップに分離したダイシング2a部分である。
【0034】
これにより、テープ6の硬化部6aの内周部分に貼り付けられた素子形成部2が支持基板4から分離された状態で剥離することができる。テープ6上に貼り付けられた状態の半導体基板1の素子形成部2は、ダイシング処理を行なうことで、使用可能なチップが個別に分離された状態で貼り付けられている。
【0035】
なお、この実施形態においては、テープ6を貼り付ける前にダイシング工程を実施しているので、テープ6に接着された素子形成部2のチップPから支持基板4を分離する場合に、ダイシング溝2a部分で破断しやすい構造とすることができ、使用可能なチップPまで破断部分が及ぶのを抑制でき、確実に使用可能なチップPを確保することができる。
【0036】
次に、上記のように、ダイシング処理を行う場合のダイシング溝2aの形成位置と、紫外線照射範囲との関係について、
図11および
図12を参照して説明する。
図11(a)は、半導体基板1の素子形成部2について、ダイシング処理を行った場合のダイシング溝2aの位置を示す。半導体基板1の素子形成部2は、ダイシング溝2aにより矩形状のチップPに分離されている。チップPは、最外周部分で角部が外れて使用可能なチップPとして取れない部分がある。ダイシング溝2aを実線で示す部分には、使用可能なチップPが存在している。
【0037】
上記のような平面パターンに対して、テープ6に紫外線レーザを照射する位置は、次の範囲になる。すなわち、紫外線レーザを照射する環状の領域の内径をRi、外径をRoとすると、内径Riを設定する位置としては、
図11(a)に示したAの位置つまり剥離層3の外径と同じかそれよりも内側であって、且つダイシングにより区画された使用可能なチップPのダイシング溝2aの位置Bの範囲である。また、外径Roを設定する位置としては、
図11(b)に示した位置つまり接着層5がテープ6と接している部分よりも外側であって概ね支持基板4の外径と同じ位置Cかそれよりも外側であって、且つ、リングフレーム7の内径に等しい位置Dまでの範囲である。
【0038】
この結果、支持基板4を分離するために必要な最小限の紫外線レーザ照射範囲は、
図12(a)に示すように、上記した内径Aから外径Cの範囲6aである。なお、外径Cについては、実際にはテープ6と接着層5とが接着された部分で良いが、接着層5の外周位置は必ずしも図示のような位置とならず、周方向の場所によるはみ出し量のばらつきを考慮すると支持基板4の外径位置Cが確実である。逆に、接着層5の位置が確実にわかっていればその位置を基準とすることもできる。
【0039】
一方、支持基板4を分離するために必要な最大限の紫外線レーザ照射範囲は、
図12(b)に示すように、上記した内径Bから外径Dの範囲6bである。この場合、照射範囲のうち外側の支持基板4の外側から外径Dの位置までの範囲は、単にテープ6に紫外線レーザを照射して硬化させることとなる。
【0040】
なお、このように、支持基板4の外側から外径Dの位置までの範囲つまり単にテープ6に紫外線レーザを照射して硬化させる場合には、次のような硬化を得ることができる。すなわち、支持基板4を剥離した後の剥離層の洗浄工程では、テープ6の粘着層が硬化されているから、粘着層の中の未硬化成分が洗浄液へ溶出しチップPへ再付着することを抑止できる。
【0041】
この場合、上記の効果を得るためには、テープ6の粘着層の洗浄液への溶出の程度によっては、露出している全てのテープに紫外線レーザを照射する必要は無く、必要な箇所のみを紫外線レーザの照射をすれば足る。また、この実施形態においては、リングフレーム7からテープ6が剥離しないようにリングフレーム7の下のテープ6の一部に対して紫外線レーザの照射をしないようにしている。しかし、紫外線レーザを照射した場合においてもリングフレーム7とテープ6との密着性が強く、テープ6がリングフレーム7から剥離しない場合には、リングフレーム7の下に位置するテープ6まで紫外線レーザを照射しても差し支えない。
【0042】
このような第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、素子形成部2をあらかじめダイシング処理した後にテープ6を貼り付けるので、
支持基板4の剥離時に有効エリア外のチップPは割れるが、有効エリアのチップPに及ぶ割れの進展を確実に防ぐこと出来る。
【0043】
なお、上記実施形態においては、ダイシング深さを剥離層3の途中まで行う場合を示したが、素子形成部2と剥離層3との境界部分まで切断することもできる。また、剥離層3まで達する深さで切断したり、さらに接着層5に達する深さまで切断することもできる。
【0044】
(第3実施形態)
図13は第3実施形態を示すもので、第1実施形態で用いた紫外線照射装置の異なる例を示している。紫外線照射装置20は、紫外線照射装置10と同様に、半導体基板1の素子形成部2側を支持基板4に貼り付けた状態でテープ6を素子形成部2の裏面側に貼り付け、これをリングフレーム7により保持した状態のものに、紫外線を照射する装置である。
【0045】
リングフレーム7およびテープ6を載置するテーブル21は、透光部21aを除いて遮光性を有する材料からなる円盤状のもので、例えば周囲を保持される構成である。テーブル21の透光部21aは、上面に載置したリングフレーム7およびテープ6の紫外線照射を行う部位6aに対応して円環状に設けられている。テーブル21の下面側に紫外線ランプ22が設けられている。紫外線ランプ22は、テーブル21のほぼ全面に対応した発光面を有し、紫外線を上方に向けて照射する。
【0046】
これにより、紫外線ランプ22から紫外線を上方に向けて照射すると、テーブル21の透光部21aを透過した紫外線がテープ6の一部に照射され、紫外線の照射によってテー部6が円環状に硬化して硬化部6aを形成する。紫外線の照射が不要な部分は、テーブル21により遮光されるので、照射が必要な部分だけに選択的に照射することができる。
【0047】
したがって、このような第3実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、透光部21aを有するテーブル21と紫外線ランプ22を設けて紫外線を一括照射するので、テープ6に円環状の硬化部6aを短時間に形成することができる。また、テーブル21を回転する機構を設ける必要がないので、紫外線照射装置20を簡単な構成とすることができる。
【0048】
(他の実施形態)
上記実施形態で説明したもの以外に次のような変形形態に適用することができる。
第1の基板および第2の基板は、半導体基板1および支持基板4を用いる場合で説明したが、これに限らず、接着層で貼り合わせた状態の2枚の基板を分離する構成であれば適用できる。
【0049】
紫外線の照射は、テーブル11を回転させながらレーザ照射部13からレーザ光を照射する方式あるいは遮光部21aを有するテーブル21に紫外線ランプ22から紫外線を照射する方式の例を示したが、これに限らず、種々の方法で照射することができる。たとえば、紫外線レーザをミラーで反射する構成を設け、ミラーの反射角度を変えたり、ミラーを移動させることでテープ6の所定範囲に照射する構成を採用することができる。
【0050】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。