JP2005340390A

JP2005340390A - 半導体装置の製造装置及び製造方法

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Publication number: JP2005340390A
Application number: JP2004155168A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Furuta; 博人古田; Shunichi Matsuno; 俊一松野
Original assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Current assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】本発明の目的は、素子形成されたウェーハの研削時又は、研削後の運搬時の破損率を低減する半導体装置の製造方法。
【解決手段】素子形成されたウェーハの素子面に熱膨張率の大きいテープ材を加熱しながら貼り付け、テープ材に付加される熱応力と、テープ材自信の持つ反発力とがウェーハに残留する素子形成による応力を低減し、反りの少ないテープ材付ウェーハを作成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置の製造装置及び製造方法に関し、特に薄型半導体装置の製造装置及び製造方法に関する。

配線保護用のパターン保護膜や多層配線用の多層絶縁膜等が形成された半導体ウェーハ（以下ウェーハと呼ぶ）は、適切な厚さに研削・研磨した後、チップ化され実装される。

加熱処理によって形成される保護膜は熱収縮を起こし、ウェーハを薄化する際、ウェーハに反りが生じ、その後の各種処理過程で破損が生じ易くなる。
このため、特開平９−２１３６９１号公報に開示されているように、ウェーハの素子面に塗付する保護膜に熱膨張型のポリミド樹脂を用い、加熱処理を施すことでウェーハに保護膜を上に凸状に反りを生じさせ、その反りを打ち消すように保護膜の反対側の表面に研削処理を施してウェーハの反りをなくす方法が知られている。［特許文献１参照］

しかし、近年、携帯電話やＩＣカード等の高機能化や大容量化、小型化を背景にして、ＩＣを積層する３次元実装技術の開発が盛んに行われ、ウェーハの薄化がさらに進み、５０μｍから１６０μｍの厚さが要求されている。

ウェーハは、素子形成時にパターン保護膜や多層配線の層間絶縁膜に窒化シリコン膜などを使用しているので、１×１０^９Ｎ／ｍ^２から８×１０^９Ｎ／ｍ^２の大きな応力が残留している。図１に示すように、素子形成されたφ５インチのウェーハ単体を厚さ６０μｍから１６０μｍまで薄化すると、ウェーハ内に残留していた応力により２μｍから１８μｍの大きな反りを生じる。

このような大きな反りや、薄化によるシリコンの強度低下は、保護膜だけで対処することは難しい。そこで、テープ材をウェーハの素子面に貼り合わせることにより、ウェーハの強度を補強し、素子形成後の研削や搬送の際に生じる破損や欠けを防止する技術が用いられている。

ウェーハを補強するテープ材に使用される材料は多種あるが、特開２００２−２２０５７１号公報に開示されているように、耐熱性のあるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）は、薄化したウェーハを保持できるだけの剛性を有しているとともに、薄化したウェーハから容易に剥離することができる。［特許文献２参照］

従来技術によるテープ材の貼り付け方法は、図２に示すように、真空排気した真空室６０において、室温のステージ３０上に素子面をテープ材４０側に向けて設置されるウェーハ１０上に、粘着面をウェーハ１０側に向けてアーム２０により保持されるテープ材４０をリリースして、ウェーハ１０上に設置し、テープ材４０側からスタンパ５０により圧力をかけ、ウェーハ１０にテープ材４０を圧着する。

この方法により作成されたウェーハを厚さ６０μｍから１６０μｍまで薄くすると、ウェーハ単体の場合よりも少ない反り量を示す。しかし、図３に示すように、ウェーハ内に残留していた応力によるテープ材方向に凸状になるような反り力が、テープ材の持つ収縮力よりも大きくなり、図１に示されるようにφ５インチのウェーハの場合、１ｍｍから５ｍｍの反りを生じる。

又、テープ材に用いる材料として、ウェーハに残留した応力に対抗できる弾性率の大きい材料を使用した場合、薄化されたウェーハからテープ材を剥がすことが困難となり、破損や欠けを誘発してしまう。
特開平９−２１３６９１号公報特開２００２−２２０５７１号公報

本発明の目的は、素子形成されたウェーハの薄化における破損率を低減できる半導体装置の製造方法を提供することにある。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を括弧付きで用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。この番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による半導体装置の製造装置及び製造方法は、片面が素子形成された素子面を有するウェーハ（１）と、片面に粘着性の粘着面を有するテープ材（４）において、テープ材（４）を加熱し、ウェーハ（１）の素子面とテープ材（４）の粘着面を加熱しながら剥離可能に貼り付けて、テープ材付ウェーハ（７）を製造する装置及び方法である。

本発明による半導体の製造装置は、真空室（６）と、真空室（６）の中に設置されるテープ材貼り付け装置（１０）とを具備し、テープ材貼り付け装置（１０）は、アーム（２）と、ステージ（３）と、スタンパ（５）とを備え、ウェーハ（１）が素子面をテープ材（４）側に向けて、アーム（２）に保持されるステップと、テープ材（４）が粘着面をウェーハ（１）側に向けて、ステージ（３）上に設置されるステップと、真空室（６）が真空排気されるステップと、ステージ（３）によりテープ材（４）が均一に加熱されるステップと、ウェーハ（１）がアーム（２）から離され、素子面をテープ材（４）側に向けてテープ材（４）の粘着面上に設置されるステップと、ステージ（３）によりテープ材（４）を均一に加熱しながら、スタンパ（５）が、ウェーハ（１）の素子面の反対側からテープ材（４）側に向かって圧力をかけ、ウェーハ（１）の素子面とテープ材（４）の粘着面とを貼り付けるステップとを備えるテープ材付ウェーハ（７）を製造する装置及び方法である。

ステージ（３）によりテープ材（４）を所定の温度で均一に加熱しながら、スタンパ（５）でウェーハ（１）とテープ材（４）を貼り付けることで、ウェーハ（１）とテープ材（４）の熱膨張率の差による熱応力がテープ材付ウェーハ（７）に残留する。この際、テープ材（４）の熱膨張率をウェーハ（１）の熱膨張率より大きくなるようなテープ材（４）を用いることで、室温中においてテープ付ウェーハ（７）がテープ材（４）側に凹状に反るような収縮力が残留する。

ウェーハ（１）には、素子形成による応力が内部に残留し、この応力は、テープ材付ウェーハ（７）がテープ材側（４）に凸状に反るように働いている。

本発明では、テープ材貼り付け装置（１０）によってテープ材付ウェーハ（７）に付加される収縮力と、テープ材（４）自体の保持力がウェーハ（１）の内部応力を低減し、テープ材付ウェーハ（７）の反りを抑制することができる。

更に、テープ材付きウェーハ（７）のテープ材の貼り付いていない面を研削装置で研削して、薄化されたテープ付きウェーハ（８）を作成する。この場合、薄化されたテープ付きウェーハ（８）の内部応力を抑制するような、収縮力を付加する温度でテープ材（４）を貼り付けることで、薄化されたテープ材付きウェーハ（８）の反りを抑制することができる。

薄化されたテープ材付きウェーハ（８）は搬送され、テープ材剥離装置によって、テープ材（４）を剥離される。この際、薄化されたテープ材付きウェーハ（８）は反りが抑制されているので、反りによる破損や欠けが生じにくくなる。

本発明による半導体装置の製造方法では、テープ材（４）に薄化したウェーハ（１）を保持可能な反発力を持ち、薄化後も容易に剥離可能なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を用いる。

本発明の半導体装置の製造法によれば、素子形成されたウェーハを補強するために用いるテープ材を、ウェーハの反りを抑制するように貼り付け、ウェーハの研削時や研削後の搬送時の破損率を低減することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明による半導体装置の製造方法の実施の形態が説明される。

図４はテープ材を貼り付ける動作の構成である。

図４に示されるように、テープ材貼り付け装置１０は、真空室６と、真空室６の中に設置されるアーム２と、ステージ３と、スタンパ５とで構成されている。

アーム２は素子形成されたウェーハ１を保持し、貼付けの時にウェーハ１を離してステージ３上のテープ材４の表面に設置する装置である。

ステージ３はウェーハ１に貼り付けるテープ材４を支持するための台であり、例えば５０℃から９０℃の範囲の所定の温度（テープ材４の融点以下であれば任意）で任意の時間、任意の精度でステージ３上に置かれたテープ材４を均一に加熱できる。

スタンパ５は、アーム２によってテープ材４上に設置されたウェーハ１とテープ材４とを圧着する装置であり、φ５インチウェーハの場合、４０から１２００Ｋｇｆの力で制御される。

真空室６は、１×１０^−３Ｐａから３×１０^−３Ｐａまでの範囲で真空排気を行なう。

ウェーハ１は、前工程で片面を素子形成された素子面を有する直径は５インチから１２インチの半導体ウェーハである。ウェーハ１の素子面には、素子形成時にパターン保護膜や多層配線の層間絶縁膜に窒化シリコン膜などを使用しているので、１×１０^９Ｎ／ｍ^２から８×１０^９Ｎ／ｍ^２の応力が残留している。

ウェーハ１に貼り付けられるテープ材４は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を用い、弾性率が３×１０^９Ｎ／ｍ^２から１．５×１０^１０Ｎ／ｍ^２であるため、薄化したウェーハ１を保持できるとともに、薄化したウェーハ１から容易に剥離することができる材質である。又、２から５層の多層構造で形成され、片面はアクリル系の粘着性のある粘着面を有している。

図２に示される従来のテープ材の貼り付け方法では、室温中でスタンパ５０によりテープ材４０をウェーハ１０に貼り付けているので、ウェーハ１０を薄化した際、図３に示されるように、素子面に残留した応力によるテープ材方向に凸状になるような反り力が、テープ材４０による収縮力を上回り、作成されたテープ材付ウェーハはテープ材方向に凸状に反りを生じる。

本発明による半導体装置の製造方法では、図５に示されるように、テープ材４を例えば５０℃から９０℃の範囲の所定の温度で加熱しながらウェーハ１に貼り付けることで、熱応力をテープ材付ウェーハ７に付加し、室温においてテープ材４自身の持つ反発力と付加された熱応力による収縮力が、ウェーハ１の内部応力を低減し、テープ付ウェーハ７の内部応力による反り力を抑制することができる。

このため、テープ材４に用いるＰＥＴとウェーハ４の材質特性に応じた温度でテープ材を加熱しなければならない。テープ材４のＰＥＴとウェーハ１の主材料であるＳｉの熱膨張係数はそれぞれ２．５×１０^−５ｌ／Ｋから５．６×１０^−３ｌ／Ｋ、２．６×１０^−６ｌ／Ｋである。ウェーハ１とテープ材４を貼り付ける時の温度を±２℃で制御することで、この熱膨張係数の差異により生じる熱応力を、１×１０^５Ｎ／ｍ^２から１×１０^９Ｎ／ｍ^２で精度よくコントロールができる。

この熱応力により、テープ付ウェーハ７を研削又はハンドリングする室温状態において、ウェーハ１に残留する応力を低減することが可能となる。

次に図４を用いて半導体装置の製造方法の実施の形態が説明される。

図４（ａ）にウェーハ１とテープ材４とを貼り付ける準備の構成を示す。ウェーハ１とテープ材４の密着度を高めるため、真空室６内は１×１０^−３Ｐａから３×１０^−３Ｐａの範囲で真空排気される。所定の温度で制御されているステージ３の上に、粘着面をウェーハ１側に向けたテープ材４が設置され、アーム２に素子面をテープ材４側に向けたウェーハ１が保持されている。この時、テープ材４は所定の温度で均一に加温される。

図４（ｂ）に示すように、アーム２を開放することで、ウェーハ１は素子面をテープ材４側に向けてテープ材４の粘着面上に設置される。

図４（ｃ）に示すように、所定の温度で均一に制御されているステージ３の上において、テープ材４の粘着面に設置されたウェーハ１を、素子面の裏面側からスタンパ５で圧着することにより、熱応力を残したままウェーハ１とテープ材４を貼り付ける。

テープ材付ウェーハ７は真空室から取出され、室温状態に置かれる。ここで、ステージ３による加熱で付加された熱応力と、テープ材４自体の反発力とがウェーハ１の内部応力を低減し、テープ材付ウェーハ７の反りを抑制する。

更に、テープ材付きウェーハ７のテープ材の貼り付いていない面を研削装置で研削して、薄化されたテープ付きウェーハ８を作成する。この場合、薄化されたテープ付きウェーハ８の内部応力を抑制するような収縮力を付加する温度でテープ材４を貼り付けることで、薄化されたテープ材付きウェーハ８の反りを抑制することができる。

薄化されたテープ材付きウェーハ８は搬送装置により搬送され、テープ材剥離装置によって、テープ材４を剥離される。このような搬送や剥離の際、薄化されたテープ材付きウェーハ８は反りが抑制されているので、破損や欠けが生じにくくなる。

上記に示した実施の形態において、テープ材４を貼り付ける温度と薄化後のφ５インチのテープ付ウェーハ７に顕在化する反りの関係を図６に示す。薄化後におけるテープ材付ウェーハ７のウェーハ部分の厚さを８５μｍに薄化した場合、室温（２３℃）で貼り付ける時の反り量は１．５ｍｍであるが、４０℃で貼り付ける時は、反り量は０．８ｍｍに減じ、貼り付け温度が６０℃の時、反り量は０．１ｍｍ以下となり、６０℃を最適貼り付け温度とする。このような最適貼り付け温度でウェーハ１にテープ材４を貼り付けることで、反り量を最も抑制でき、薄化後のハンドリングの各種工程における破損率を低減することができる。

又、ウェーハ１の素子面の構成、薄化後のウェーハ１の厚さ、テープ材４の材質、構造、厚さによって、最適貼り付け温度を選択し、ウェーハ１とテープ材４を貼り付けることで、反りを最も抑制できる。

なお、テープ材４は、ＰＥＴ以外の材料でも、複数の材料からなる複合体でも熱応力によるウェーハ１の残留応力を抑制できればその材質に制限はない。

図１は、ウェーハ単体及び従来方法でのテープ材貼付けにおけるφ５インチのウェーハ厚と反り量の関係を比較した特性図である。図２は、従来のテープ材貼り付け動作の構成を示す図である。図３は、従来のテープ材貼り付け方法による、テープ材付ウェーハの反りの発生の原理を示す図である。図４は、本発明に係るテープ材貼り付け動作の実施例の構成を示す図である。図５は、本発明に係るテープ材貼り付け方法による、テープ材付ウェーハの反りの抑制の原理を示す図である。図６は、本発明に係るテープ材貼り付け方法による、テープ材貼り付け温度と薄化後のφ５インチテープ材付ウェーハの反り量の関係を表す特性図である。

符号の説明

１：ウェーハ
２：アーム
３：ステージ
４：テープ材
５：スタンパ
６：真空室
７：テープ材付ウェーハ
８：薄化されたテープ材付きウェーハ
１０：テープ材貼り付け装置

Claims

片面に素子が形成された素子面を有するウェーハと、
片面に粘着性の粘着面を有するテープ材とを貼り付けるテープ材貼り付け装置であって、前記テープ材貼り付け装置は、
アームと、ステージと、スタンパとを備え、
前記アームは、前記ウェーハを保持し、
前記テープ材は、前記ステージに前記粘着面を前記ウェーハ側に向けて設置され、
前記ステージは、所定の温度で前記テープ材を均一に加熱し、
前記アームは、前記ウェーハを離し、前記素子面を前記テープ材側に向けて前記テープ材の前記粘着面上に設置し、
前記ステージが前記テープ材を加熱しながら、前記スタンパは、前記ウェーハの前記素子面の裏面側から前記テープ材側に向かって圧力をかけ、前記ウェーハの前記素子面と前記テープ材の前記粘着面とを剥離可能に貼り付ける
半導体装置の製造装置。
請求項１に記載の半導体装置の製造装置において、
真空室を備え、
前記テープ材貼り付け装置は、真空室内に設置され、
真空排気される真空室において、
前記テープ材貼り付け装置は、前記ウェーハと前記テープ材を貼り付ける
半導体装置の製造装置。
請求項１又は２に記載の製造方法であって、
前記テープ材は熱膨張性のあるポリエチレン系樹脂で形成される
半導体装置の製造装置。
請求項３項記載の製造方法であって、
前記テープ材はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で形成される
半導体装置の製造装置。
請求項１から４いずれか１項記載の製造装置であって、
研削装置を備え、
研削装置は、前記テープ材貼り付け装置によって前記テープ材が貼り付けられた前記ウェーハの前記テープ材が貼り付いていない面を研削し、前記ウェーハを薄化する
半導体装置の製造装置。
請求項５記載の製造装置であって、
搬送装置と、
テープ材剥離装置とを備え、
搬送装置は、前記研削装置によって薄化された前記テープ材が貼り付いた前記ウェーハを前記テープ材剥離装置に搬送し、
前記テープ材剥離装置は、搬送される前記テープ材を貼り付けた前記ウェーハから、前記テープ材を剥離する
半導体装置の製造方法。
片面に素子が形成された素子面を有するウェーハと、
片面に粘着性の粘着面を有するテープ材において、
前記テープ材を加熱するステップと、
前記ウェーハの前記素子面と前記テープ材の前記粘着面を加熱しながら剥離可能に貼り付けるステップとを備えた
半導体装置の製造方法。
請求項７記載の製造方法であって、
前記テープ材を所定の温度で均一に加熱するステップと、
前記ウェーハの前記素子面を前記テープ材側に向けて、前記ウェーハを前記テープ材の前記粘着面上に設置するステップと、
前記テープ材を所定の温度で均一に加熱しながら、前記素子面の裏面側から前記テープ材側に向かって圧力をかけ、前記ウェーハの前記素子面と前記テープ材の前記粘着面とを貼り付けるステップとを備える
半導体装置の製造方法。
請求項７又は８記載の製造方法であって、
前記テープ材を加熱するステップと、前記ウェーハと前記テープ材を貼り付けるステップは、真空中において行なわれる
半導体装置の製造方法。
請求項７から９いずれか1項に記載の製造方法であって、
前記テープ材は熱膨張性のあるポリエチレン系樹脂で形成される
半導体装置の製造方法。
請求項１０項記載の製造方法であって、
前記テープ材はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で形成される
半導体装置の製造方法。
請求項７から１１いずれか１項記載の製造方法であって、
前記テープ材が貼り付いた前記ウェーハの前記テープ材が貼り付いていない面を研削し、前記ウェーハを薄化する
半導体装置の製造方法。
請求項１２記載の製造方法であって、
薄化した前記テープ材が貼り付いた前記ウェーハを搬送し、前記テープ材を剥離する
半導体装置の製造方法。