JP6017388B2

JP6017388B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP6017388B2
Application number: JP2013186101A
Authority: JP
Inventors: 努藤田; 佳史杉沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: TW201511107A; CN104425334B; CN104425334A; TWI529793B; JP2015053419A

Description

半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関する。

ダイシングブレードを用いてウェーハを個々の半導体チップに分割する際、半導体ウェーハ側から半導体ウェーハと共に、接着剤層をも分割する半導体装置の製造方法がある。半導体ウェーハ内に焦点を結ぶようにレーザ光を照射し、ダイシングラインに沿って半導体ウェーハ内に改質層を形成した後、半導体ウェーハに水平方向に張力を加えて改質層を起点とした垂直方向のクラックを発生させ、半導体ウェーハを半導体チップ単位に分割（個片化）するステルスダイシングと呼ばれる半導体装置の製造方法がある。これら製造方法では、いずれも接着剤層や半導体ウェーハを伸長性のある拡張用テープに貼り付け、該拡張用テープを拡張することにより、接着剤層や半導体ウェーハを分割している。

上記のように接着剤層や半導体ウェーハを分割する場合、拡張用テープが接着剤層や半導体ウェーハに対して均一に拡張することが好ましい。しかしながら、半導体チップが貼り付けられている領域は、拡張用テープが伸びにくい。つまり、半導体ウェーハの外周領域は、半導体ウェーハの内周領域に比べて拡張用テープが伸びやすくなっている。

このため、半導体ウェーハの外周領域では、拡張する力が伝わりにくく、接着剤層や半導体ウェーハを分割できない場合がある。拡張用テープの拡張量を多くして、半導体ウェーハの外周領域についても接着剤層や半導体ウェーハを分割することが考えられる。しかしながら、拡張用テープの拡張量を多くすると、半導体ウェーハの内周領域において半導体チップが拡張用テープから脱落したり、また脱落した半導体ウェーハ片が接触して半導体チップにダメージを与えるおそれがある。

特開２０１０−３４２５０号公報

半導体チップへのダメージを抑制しつつ、半導体ウェーハ及び粘着層の少なくとも一方を確実に分割できる半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供する。

実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウェーハをテープに貼り付ける工程と、リングを半導体ウェーハの周囲に位置する部分に貼り付ける工程と、半導体ウェーハとリングが貼り付けられたテープを、半導体ウェーハが貼り付けられた面側が接するようにステージに置く工程と、リングに対してステージを相対的に上昇させる工程と、上昇させたステージに半導体ウェーハの外周領域を除く中央領域を吸着固定する工程と、中央領域を吸着固定した後にリングに対してステージを相対的にさらに上昇させる工程とを具備する。

第１の実施形態に係る半導体製造装置の処理対象である半導体ウェーハの図第１の実施形態に係る半導体製造装置の構成図第１の実施形態に係る半導体製造装置による半導体装置の製造フロー第１の実施形態に係る半導体製造装置による半導体装置の製造工程図第１の実施形態に係る半導体製造装置による半導体装置の製造工程図第２の実施形態に係る半導体製造装置の構成図第２の実施形態に係る半導体製造装置による半導体装置の製造フロー第２の実施形態に係る半導体製造装置による半導体装置の製造工程図第２の実施形態に係る半導体製造装置による半導体装置の製造工程図第２の実施形態に係る半導体製造装置による半導体装置の製造工程図第３の実施形態に係る半導体製造装置の構成図第３の実施形態に係る半導体製造装置による半導体装置の製造工程図第３の実施形態に係る半導体製造装置による半導体装置の製造工程図

以下、半導体装置の製造方法および半導体造装置の一実施形態について、図１ないし図１３を参照して説明する。尚、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。但し、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異なる。説明中の上下等の方向を示す用語は、後述する半導体基板の回路形成面側を上とした場合の相対的な方向を指し示し、重力加速度方向を基準とした現実の方向と異なる場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の処理対象である半導体ウェーハ１００（以下、ウェーハ１００と記載）の図である。図１（ａ）は、ウェーハ１００の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の線分Ｘ−Ｘにおけるウェーハ１００の断面図である。図１に示すウェーハ１００は、テープ１０１に設けられたＤＡＦ（ダイアタッチメントフィルム）１０２上に貼り付けられている。テープ１０１のウェーハ１００の周囲に位置する余白部分には、ウェーハ１００を支持し、搬送するためのリング１０３が載置されている。

図１に示す状態では、ウェーハ１００は、既に各集積回路（以下、チップと記載）毎に個片化されている。しかし、ＤＡＦ１０２は、各チップに応じた形状に分割はされておらず、ウェーハ１００全体の外形と略同一形状となっている。

ＤＡＦ１０２には、例えばエポキシやポリイミド、アクリルを主成分とする粘着テープを用いる事ができる。テープ１０１には、例えば塩化ビニルやポリオレフィンを主成分とする伸長しやすい基材上に、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂や紫外線を照射すると硬化して剥離しやすくなるエポキシを主成分とする紫外線硬化樹脂などを用いた剥離促進層（ＲＬ）を設けた積層フィルムを用いることができる。

図２は、第１の実施形態に係る半導体製造装置２００の構成図である、図２（ａ）は、半導体製造装置２００の平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の線分Ｙ−Ｙにおける半導体製造装置２００の断面図である。

図２に示すように、半導体製造装置２００は、ステージ２１０と、駆動機構２２０と、リング保持機構２３０とを備える。ステージ２１０は、図１に示すウェーハ１００を載置するための台である。ステージ２１０の直径Ｄ１は、ウェーハ１００の直径とほぼ同じか、若干大きい程度であり、上面視でウェーハ１００と同じ円形状となっている。

ステージ２１０の中央領域には、ポーラス状の吸着部２１０ａ（以下、ポーラス吸着部２１０ａと記載）が設けられている。このポーラス吸着部２１０ａの形状も、上面視で円形状となっており、中心がステージ２１０と同じ同心円となっている。

ポーラス吸着部２１０ａは、内部に多数の空隙を有する多孔質構造となっている。ポーラス吸着部２１０ａは、図示しないポンプで吸引することにより、図１に示したテープ１０１を介してウェーハ１００の裏面中央領域を吸着固定することができる。ポーラス吸着部２１０ａは、例えば、金属粉末やセラミック粉末を焼結して形成することができる。

本実施形態では、ウェーハ１００の裏面中央領域を吸着するためにステージ２１０の中央領域にポーラス吸着部２１０ａを設けている。しかし、ウェーハ１００の裏面中央領域の吸着には、他の構成であってもよい。例えば、ステージ２１０表面の中央領域に同心円状に複数本の溝を設け、該溝を真空引きすることでウェーハ１００の裏面中央領域を吸着するようにしてもよい。また、ウェーハ１００の裏面を吸着するために、真空吸着の代わりに静電チャック（ＥＳＣ：Electrostatic Chuck）を用いるようにしてもよい。静電チャック（ＥＳＣ）を用いた場合、ステージ２１０の加熱・冷却が容易となる。

駆動機構２２０は、ステージ２１０を垂直方向（図２の上下方向）に駆動する。駆動機構２２０は、ステージ２１０を複数段階に分けて上昇及び下降することができる。駆動機構２２０は、例えば、リニアガイドとモータもしくはエアーアクチュエータ等で構成される。

リング保持機構２３０は、図１に示すリング１０３を保持する。リング保持機構２３０によりリング１０３を保持した状態で、ステージ２１０を上昇させることにより、テープ１０１が拡張（伸長）し、ＤＡＦ１０２がウェーハ１００の各チップに応じた形状に分割される。

ステージ２１０の位置を変えずに、リング１０３を下降させてテープ１０１が拡張するようにしてもよい。すなわち、リング１０３に対してステージ２１０が相対的に上昇するように構成されていればよい。

次に、図２を参照して説明した半導体製造装置２００を用いた半導体装置の製造方法について説明する。図３は、半導体製造装置２００による半導体装置の製造フローである。図４，図５は、半導体製造装置２００による半導体装置の製造工程図である。

（ステップＳ１０１）
初めに、図１で示したテープ１０１上にＤＡＦ１０２を介して載置されたウェーハ１００の裏面側、すなわちテープ１０１の裏面側を、図示しないウェーハ供給ユニットを用いて、図２で示した半導体製造装置２００のステージ２１０上に載置し、リング１０３をリング保持機構２３０により保持する（図４（ａ）参照）。

（ステップＳ１０２）
次に、駆動機構２２０によりステージ２１０を駆動して所定の高さまで上昇させ、テープ１０１に張力を加える（図４（ｂ）参照）。該上昇により、テープ１０１が伸びにくい、つまりテープ１０１に張力が加わりやすいウェーハ１００の内周領域では、ＤＡＦ１０２が各チップに応じた形状に分割される。

しかしながら、ウェーハ１００の内周領域に比べてテープ１０１が伸びやすく、従って張力が加わりにくいウェーハ１００の外周領域では、ＤＡＦ１０２が各チップに応じた形状に分割されない箇所が残る場合がある。

（ステップＳ１０３）
そこで、この実施形態では、ステージ２１０の中央領域に設けられたポーラス吸着部２１０ａを真空引きして、ウェーハ１００の内周領域のテープ１０１を吸着固定する（図５（ａ）参照）。ウェーハ１００の内周領域のテープ１０１を吸着固定することにより、ウェーハ１００の外周領域に力が加わりやすくなり、ウェーハ１００の外周領域においてもＤＡＦ１０２を分割しやすくなる。

（ステップＳ１０４）
ウェーハ１００の内周領域のテープ１０１を吸着固定した状態で、ステージ２１０をさらに上昇させる（図５（ｂ）参照）。この上昇により、ウェーハ１００の外周領域にも十分な張力が加わり、分割されていなかったＤＡＦ１０２が各チップに応じた形状に分割される。

上記説明では、リング保持機構２３０の位置（高さ）を一定とし、ステージ２１０を上昇させることにより、テープ１０１に張力を加えるようにしている。しかし、ステージ２１０の位置（高さ）を一定とし、リング保持機構２３０を下降させることにより、テープ１０１に張力を加えるようにしてもよい。

以上のように、第１の実施形態に係る半導体製造装置２００は、テープ１０１のウェーハ１００の周囲に位置する余白部分に貼り付けられたリング１０３を保持するリング保持機構２３０と、テープ１０１及びＤＡＦ１０２（粘着層）を介してウェーハ１００の中央領域を吸着固定し、リング１０３に対して相対的に上昇することによりテープ１０１を拡張するステージ２１０とを具備している。

そして、ウェーハ１００をステージ２１０に載置し、テープ１０１のウェーハ１００の周囲に位置する余白部分に貼り付けられたリング１０３に対してステージ２１０を相対的に上昇させ、テープ１０１を拡張した後、ウェーハ１００の中央領域をステージ２１０に吸着固定させ、リング１０３に対してステージ２１０をさらに上昇させてテープ１０１をさらに拡張している。このため、チップへのダメージを抑制しつつ、ＤＡＦ１０２（粘着層）を確実に分割することができる。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る半導体製造装置３００の構成図である。半導体製造装置３００は、ステージ２１０の外周領域に、ポーラス状の吸着部２１０ｂ（以下、ポーラス吸着部２１０ｂと記載）と、ポーラス吸着部２１０ａとポーラス吸着部２１０ｂとを分離する分離帯２１０ｃが設けられている点が図２を参照して説明した半導体製造装置２００と異なっている。その他の点については、同じ構成であるため、同じ構成に同一の符号を付して重複した説明を省略する。

ポーラス吸着部２１０ｂの形状も、上面視で円形状となっており、中心がステージ２１０と同じ同心円となっている。ポーラス吸着部２１０ａと同様、ポーラス吸着部２１０ｂは、内部に多数の空隙を有する多孔質構造となっている。ポーラス吸着部２１０ｂは、図示しないポンプで吸引することにより、図１に示したテープ１０１を介してウェーハ１００の裏面外周領域を吸着固定することができる。

ポーラス吸着部２１０ｂは、分離帯２１０ｃによりポーラス吸着部２１０ａとは構造的に分離されており、独立してウェーハ１００の裏面外周領域を吸着固定することができる。ポーラス吸着部２１０ｂは、例えば、金属粉末やセラミック粉末を焼結して形成することができる。ポーラス吸着部２１０ｂを設ける代わりに、例えば、ステージ２１０表面の外周領域に同心円状に複数本の溝を設け、該溝を真空引きすることでウェーハ１００の裏面外周領域を吸着するようにしてもよい。

次に、図６を参照して説明した半導体製造装置３００を用いた半導体装置の製造方法について説明する。図７は、半導体製造装置３００による半導体装置の製造フローである。図８〜図１０は、半導体製造装置３００による半導体装置の製造工程図である。

（ステップＳ２０１）
初めに、図１で示したテープ１０１上にＤＡＦ１０２を介して載置されたウェーハ１００の裏面側、すなわちテープ１０１の裏面側を、図６で示した半導体製造装置３００のステージ２１０上に載置し、リング１０３をリング保持機構２３０により保持する（図８（ａ）参照）。

（ステップＳ２０２）
次に、駆動機構２２０によりステージ２１０を駆動して所定の高さまで上昇させ、テープ１０１に張力を加える（図８（ｂ）参照）。該上昇により、テープ１０１が伸びにくい、つまりテープ１０１に張力が加わりやすいウェーハ１００の内周領域では、ＤＡＦ１０２が各チップに応じた形状に分割される。

（ステップＳ２０３）
次に、ステージ２１０の中央領域に設けられたポーラス吸着部２１０ａを真空引きして、ウェーハ１００の内周領域のテープ１０１を吸着固定する（図９（ａ）参照）。ウェーハ１００の内周領域のテープ１０１を吸着固定することにより、ウェーハ１００の外周領域に力が加わりやすくなり、ウェーハ１００の外周領域においてもＤＡＦ１０２を分割しやすくなる。

（ステップＳ２０４）
ウェーハ１００の内周領域のテープ１０１を吸着固定した状態で、ステージ２１０をさらに上昇させる（図９（ｂ）参照）。

（ステップＳ２０５）
次に、ステージ２１０の外周領域に設けられたポーラス吸着部２１０ｂを真空引きして、ウェーハ１００の外周領域のテープ１０１を吸着固定する（図１０（ａ）参照）。

（ステップＳ２０６）
ウェーハ１００の内周領域及び外周領域のテープ１０１を吸着固定した状態で、ステージ２１０をさらに上昇させる（図１０（ｂ）参照）。

以上のように、第２の実施形態に係る半導体製造装置３００は、ステージ２１０の外周領域に、ポーラス状の吸着部２１０ｂ（以下、ポーラス吸着部２１０ｂと記載）と、ポーラス吸着部２１０ａとポーラス吸着部２１０ｂとを分離する分離帯２１０ｃとをさらに備えている。

そして、ウェーハ１００の中央領域をステージ２１０に吸着固定させ、リング１０３に対してステージ２１０を上昇させてテープ１０１を拡張した後、ウェーハ１００の中央領域及び外周領域をステージ２１０に吸着固定させ、リング１０３に対してステージ２１０をさらに上昇させてテープ１０１を拡張している。このため、より効果的に、チップへのダメージを抑制しつつＤＡＦ１０２（粘着層）を確実に分割することができる。

なお、この実施形態では、ステージ２１０を２つの領域（中央領域及び外周領域）に分けて、ウェーハ１００の裏面を吸着固定するように構成したが、ステージ２１０を３つ以上の領域に分けてウェーハ１００の裏面を吸着固定するように構成してもよい。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態に係る半導体製造装置４００の構成図である。半導体製造装置４００は、ポーラス吸着部２１０ａとポーラス吸着部２１０ｂとの吸着力が異なっている点が、図６を参照して説明した半導体製造装置３００と異なっている。具体的には、ポーラス吸着部２１０ｂの吸着力が、ポーラス吸着部２１０ａの吸着力よりも弱くなっている。その他の点については、図６を参照して説明した半導体製造装置３００と同じ構成であるため、同じ構成に同一の符号を付して重複した説明を省略する。

次に、図１１を参照して説明した半導体製造装置４００を用いた半導体装置の製造方法について説明する。図１２，図１３は、半導体製造装置４００による半導体装置の製造工程図である。なお、半導体製造装置４００による半導体装置の製造フローについては、図３を参照して説明する。

（ステップＳ３０１）
初めに、図１で示したテープ１０１上にＤＡＦ１０２を介して載置されたウェーハ１００の裏面側、すなわちテープ１０１の裏面側を、図１１で示した半導体製造装置４００のステージ２１０上に載置し、リング１０３をリング保持機構２３０により保持する（図１２（ａ）参照）。

（ステップＳ３０２）
次に、駆動機構２２０によりステージ２１０を駆動して所定の高さまで上昇させ、テープ１０１に張力を加える（図１２（ｂ）参照）。該上昇により、テープ１０１が伸びにくい、つまりテープ１０１に張力が加わりやすいウェーハ１００の内周領域では、ＤＡＦ１０２が各チップに応じた形状に分割される。

（ステップＳ３０３）
次に、ステージ２１０のポーラス吸着部２１０ａ及びポーラス吸着部２１０ｂを真空引きして、ウェーハ１００の内周領域及び外周領域を、テープ１０１を介して吸着固定する。このとき、ポーラス吸着部２１０ｂの吸着力が、ポーラス吸着部２１０ａの吸着力よりも弱くなるようにポーラス吸着部２１０ａ及びポーラス吸着部２１０ｂを真空引きする（図１３（ａ）参照）。

（ステップＳ３０４）
ウェーハ１００の内周領域のテープ１０１を吸着固定した状態で、ステージ２１０をさらに上昇させる（図１３（ｂ）参照）。この上昇により、ウェーハ１００の外周領域にも十分な張力が加わり、分割されていなかったＤＡＦ１０２が各チップに応じた形状に分割される。

以上のように、第３の実施形態に係る半導体製造装置４００は、ポーラス吸着部２１０ｂの吸着力が、ポーラス吸着部２１０ａの吸着力よりも弱くなるようにポーラス吸着部２１０ａ及びポーラス吸着部２１０ｂを真空引きしている。このため、テープ拡張による力（テンション）を緩やかに変えることができ、チップへのダメージをより効果的に抑制することができる。その他の効果は、第１，第２の実施形態に係る半導体製造装置２００，３００と同じである。

（第１〜第３の実施形態の変形例）
上記第１〜第３の実施形態に係る半導体製造装置２００〜４００では、ＤＡＦ１０２を分割しているが、第１〜第３の実施形態に係る半導体製造装置２００〜４００を用いてウェーハ１００を分割するようにしてもよい。例えば、ウェーハ１００内に焦点を結ぶようにレーザ光を照射し、ダイシングラインに沿ってウェーハ１００内に改質層を形成した後、第１〜第３の実施形態に係る半導体製造装置２００〜４００を用いて、ウェーハ１００に水平方向に張力を加えて改質層を起点とした垂直方向のクラックを発生させてウェーハ１００をチップ単位に分割（個片化）するようにしてもよい。また、ウェーハ１００とＤＡＦ１０２とを同時に分割するようにしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、各実施形態に示した構成、各種条件に限定されることはなく、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。

１００…半導体ウェーハ（ウェーハ）、１０１…テープ、１０２…ＤＡＦ（ダイアタッチメントフィルム）、１０３…リング、２００〜４００…半導体製造装置、２１０…ステージ、２１０ａ，２１０ｂ…ポーラス吸着部、２１０ｃ…分離帯、２２０…駆動機構、２３０…リング保持機構。

Claims

半導体ウェーハをテープに貼り付ける工程と、
リングを前記半導体ウェーハの周囲に位置する部分に貼り付ける工程と、
前記半導体ウェーハと前記リングが貼り付けられたテープを、前記半導体ウェーハが貼り付けられた面側が接するようにステージに置く工程と、
前記リングに対して前記ステージを相対的に上昇させる工程と、
上昇させた前記ステージに前記半導体ウェーハの外周領域を除く中央領域を吸着固定する工程と、
前記中央領域を吸着固定した後に前記リングに対して前記ステージを相対的にさらに上昇させる工程と
を具備する半導体装置の製造方法。
前記半導体ウェーハをテープに貼り付ける工程は、接着剤層を有する前記半導体ウェーハを、前記接着剤層が前記テープに接するように貼り付ける、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記中央領域を吸着固定した後にさらに上昇させた前記ステージに前記外周領域を吸着固定する工程をさらに具備する、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記外周領域を吸着固定した後に前記リングに対して前記ステージを相対的にさらに上昇させる工程をさらに具備する、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。