JP4652030B2 - サポートプレートの貼り付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の基板を薄板化する際にバックアップのために基板にサポートプレートを貼り付ける方法に関する。

ＩＣカードや携帯電話の薄型化、小型化、軽量化が要求されており、この要求を満たすためには組み込まれる半導体チップについても薄厚の半導体チップとしなければならない。このため半導体チップの基になるウェーハの厚さは現状では１２５μｍ〜１５０μｍであるが、次世代のチップ用には２５μｍ〜５０μｍにしなければならないと言われている。

半導体ウェーハの薄板化には従来から図４に示す工程を経ている。即ち、半導体ウェーハの回路（素子）形成面（Ａ面）に保護テープを貼り付け、これを反転して半導体ウェーハの裏面（Ｂ面）をグラインダーで研削して薄板化し、この薄板化した半導体ウェーハの裏面をダイシングフレームに保持されているダイシングテープ上に固定し、この状態で半導体ウェーハの回路（素子）形成面（Ａ面）を覆っている保護テープを剥離し、この後ダイシング装置によって各チップ毎に切り離すようにしている。

上記した方法は特許文献１に開示されている。尚、特許文献１にあっては、保護テープとして耐熱性保護テープを用い、剥離する際にはこの保護テープの一端に強粘着テープを粘着して薄板化した半導体ウェーハから引き剥がすようにしている。

また特許文献２には、保護テープの代わりに窒化アルミニウム−窒化硼素気孔焼結体にラダー型シリコーンオリゴマーを含浸せしめた保護基板を用い、この保護基板と半導体ウェーハとを熱可塑性フィルムを用いて接着する内容が開示されている。

また特許文献３には、保護基板として半導体ウェーハと実質的に同一の熱膨張率のアルミナ、窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化珪素などの材料を用い、また保護基板と半導体ウェーハとを接着する接着剤としてポリイミドなどの熱可塑性樹脂を用い、この接着剤の適用法として、１０〜１００μｍの厚さのフィルムとする方法或いは接着剤樹脂溶液をスピンコートし、乾燥させて２０μｍ以下のフィルムにする方法が提案されている。

上記の一連の工程のうち、半導体ウェーハをグラインダーなどによって薄板化する工程では、半導体ウェーハの回路形成面側をテープや板材でサポートする必要がある。特許文献４には、半導体ウェーハにサポートプレートを貼り付ける内容が開示されている。

特許文献４に開示される内容は、上下一対のホットプレートを配置するとともに、これらホットプレートの外側に上下一対の真空ポットを設け、上下のホットプレート間で半導体ウェーハとサポートプレートとの積層体を圧着する間、減圧雰囲気で行うようにしている。特に、特許文献１では上方のホットプレートを昇降動せしめる手段として油圧式のプレス機を用いず、ダンパーとしても機能するエアプランジャーを用いることで、ホットプレートからの熱で積層体が膨張した際に発生する逆圧力で半導体ウェーハが破損することを防止している。

特開２００２−２７０６７６号公報 段落（００３５） 特開２００２−２０３８２１号公報 段落（００１８） 特開２００１−７７３０４号公報 段落（００１０）、（００１７） 特開２００２−１９２３９４号公報 段落（００１２）、（００１４）、（００１９）

上述した従来の貼り合わせ方法では、接着剤中の溶剤が完全に揮発せずにボイドが発生することがある。このボイドが発生すると半導体ウェーハとサポートプレートとの積層体の厚みが部分的に不均一になり、グラインダーで基板を削る際に基板の厚みが不均一になる。

特に特許文献４では、貼り合せを減圧且つ加熱下で行うことが開示されているが、それでも完全にボイドの発生を防ぐことができない。

上記課題を解決すべく本発明に係る貼り付け方法は、半導体ウェーハ等の基板の回路形成面に接着剤を塗布して回路形成面の上に接着剤層を形成し、次いでこの接着剤層を加熱して乾燥固化せしめ、この後、前記接着剤層の上に厚み方向の貫通孔をプレートの全域に亘って設けたサポートプレートを重ね、この状態で減圧雰囲気且つ加熱下においてサポートプレートを接着剤層に押し付けて圧着するようにした。

このように、サポートプレートを圧着する前に接着剤層を加熱して乾燥固化せしめることでボイドの発生を有効に阻止できる。また、圧着の際に加熱することで一旦乾燥した接着剤層が柔らかくなり基板とサポートプレートとを接着することができ、更にサポートプレートとして多孔板を用いることで圧着の際に孔を介して接着剤中の溶剤を揮発せしめることができ、ボイドの原因を除去できる。

前記基板とサポートプレートとの圧着は、保持台と押圧板との間で基板とサポートプレートとの積層体を加圧することで行い、更に前記押圧板をサーボモータを駆動することで昇降動せしめる構成とすれば、トルク（圧力）制御または位置制御することで積層体に加わる圧力を調整することが可能になり、基板の厚み変更などに容易に対処できる。

ここで、基板の回路形成面に塗布した接着剤の乾燥は２５０℃以下の温度で行うことが好ましい。高温で乾燥せしめると、表面のみが乾燥し中が乾燥していない状態になり、後にボイドの原因となる。また減圧雰囲気における積層体の加熱温度は２００℃以下とすることが好ましい。高温で圧着するとやはりボイドが生じやすい。

本発明によれば、半導体ウェーハ等の基板とサポートプレートを圧着せしめる際に、ボイド及びガスの発生を抑制でき、基板とサポートプレートとの貼り付け精度も向上する。
また、積層体の厚みも均一になるので、従来よりも基板を更に薄厚化することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る貼り付け方法を組み込んだ半導体ウェーハの薄板化工程を説明した図、図２は本発明に係る方法の実施に用いる半導体ウェーハの貼り付け装置の全体断面図、図３は剥離用の溶剤供給について説明した図であり、最初に薄板化工程の全体を説明する。

先ず図１（ａ）に示すように、半導体ウェーハＷの回路（素子）形成面（Ａ面）に接着剤液を塗布する。塗布には例えばスピンナーを用いる。接着剤液としてはアクリル樹脂またはノボラックタイプのフェノール樹脂系材料が挙げられるが、これに限定されない。また接着剤の厚みは数μｍ〜１００μｍ程度とする。

次いで、図１（ｂ）に示すように、上記の接着剤をベークして焼き固めて流動性をなくした接着剤層１を基板Ｗの表面に形成する。加熱には例えばオーブンを用いる。接着剤層１の厚みは上記に限らず、半導体ウェーハＷの表面（Ａ面）に形成した回路の凹凸に応じて決定する。尚、一回の塗布では必要な厚みを出せない場合には、塗布と予備乾燥を複数回繰り返して行う。この場合、最上層以外の接着剤層の予備乾燥は接着剤に流動性を残さないように乾燥の度合いを強める。

以上によって所定厚みの接着剤層１が形成された半導体ウェーハＷに、本発明に係る貼り付け方法によってサポートプレート２を貼り付ける。貼り付け装置の詳細は後述する。サポートプレート２は例えば厚み方向の貫通孔３を全域に形成したガラス板（厚み１．０ｍｍ、外径２０１．０ｍｍ）とする。尚、サポートプレート２の材質はこれに限定されない。

この後、一体化した半導体ウェーハＷとサポートプレート２からなる積層体を反転し、半導体ウェーハＷの裏面（Ｂ面）をグラインダー４で研削し、半導体ウェーハＷを薄板化する。尚、研削にあたってはグラインダー４と半導体ウェーハＷとの間に生じる摩擦熱を抑えるために水（研削液）を半導体ウェーハＷの裏面に供給しつつ行う。ここで、前記接着剤は水に不溶（アルコールに可溶）なものを選定しているため、研削の際に半導体ウェーハＷからサポートプレート２が剥がれることがない。

上記薄板化した半導体ウェーハＷの裏面（Ｂ面）に必要に応じて回路などを形成した後、当該裏面をダイシングテープ５上に固定する。このダイシングテープ５は粘着性を有するとともにフレーム６に保持されている。

この後、サポートプレート２の上から溶剤としてアルコールを注ぐ。アルコールはサポートプレート２の貫通孔３を介して接着剤層１に到達し接着剤層１を溶解する。この場合、フレーム６を図示しないスピンナーにて回転せしめることで、アルコールを短時間のうちに接着剤層１の全面に行き渡らせることができる。用いるアルコールとしてはエタノールやメタノールなどの分子量が小さいものほど溶解性が高いので好ましい。また複数のアルコールを混合してもよい。またアルコールの代わりにケトンまたはアルコールとケトンとの混合溶液を用いてもよい。

アルコールなどを接着剤層１に供給する手段としては、溶剤を満たした槽にサポートプレート２が接着された半導体ウェーハＷを浸漬してもよい、この場合超音波振動を加えれば更に効果的である。

以上の如くして接着剤層１を溶解せしめたならば、サポートプレート２上の余分な溶剤を除去した後、治具を用いてサポートプレート２を基板Ｗの周辺部から徐々に剥離する。

そして、サポートプレート２を剥離した後、ダイシングカッター７によって半導体ウェーハＷをチップサイズに切断する。切断後は、ダイシングテープ５に紫外線を照射し、ダイシングテープ５の粘着力を低下せしめて、切断したチップを個々に取り出す。

次に、本発明に係る貼り付け方法の実施に利用する貼り付け装置について図２に基づいて説明する。貼り付け装置１０は減圧チャンバー１１を備えている。この減圧チャンバー１１は配管１２を介して真空引き装置につながり、また一側面には搬入・搬出用の開口１３が形成され、この開口１３をシャッター１４で開閉するようにしている。

シャッター１４はシリンダユニット１５にて昇降動せしめられ、上昇した位置で側方からプッシャー１６にて押圧することで、シャッター１４の内側面に設けたシールが開口１３の周囲に密に当接し、チャンバー１１内を気密に維持する。またプッシャー１６を後退させシャッター１４を下降させることで、開口１３が開となり、この状態で搬送装置を用いてウェーハＷとサポートプレート２との積層体を出し入れする。

前記チャンバー１１内には前記積層体を圧着する保持台１７と押圧板１８が配置されている。保持台１７は炭化珪素（ＳｉＣ）からなり押圧板１８はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる。尚、セラミックス焼結体にて押圧板を構成し、このセラミックス焼結体に排気管を接続する構成も考えられるが、この構成にすると十分に接着剤中のガスが抜けないおそれがある。

前記保持台１７には貫通孔１９が形成され、この貫通孔１９に昇降ピン２０が挿通している。この昇降ピン２０はチャンバー１１の下方に設けられたシリンダユニット２１で昇降動するプレート２２に取り付けられている。

また、前記保持台１７にはヒータ２３が埋設され、このヒータ２３によって前記積層体を２００℃程度まで加熱し、一旦硬化した接着剤を柔らかくする。尚ヒータは押圧板１８側に設けてもよい。

一方、前記押圧板１８はバックプレート２４に保持され、このバックプレート２４はチャンバー１１を貫通する軸２５の下端に取り付けられている。この軸２５の中間部にはフランジ２６が設けられ、このフランジ２６とチャンバー１１上面との間に蛇腹２７が取り付けられ、チャンバー１１内の気密状態を維持している。

また前記チャンバー１１からは上方にフレーム２８が伸び、このフレーム２８にサーボモータ２９が支持され、このサーボモータ２９によって回転せしめられるスクリューネジ３０に昇降体３１のナット部３２が螺合し、この昇降体３１にボールジョイント３３を介して前記軸２５の上端部が支持されている。更に、軸２５の側方には軸２５の上下位置を検出するセンサ３４を配置している。

以上において半導体ウェーハＷとサポートプレート２の積層体を圧着するには、
先ず押圧板１８の平行度の調整を行う。平行度を出すには、ボールジョイント３３のボルトを緩めボールジョイント３３をフリーの状態にする。そして、この状態のまま押圧板１８を自重で下降せしめ、押圧板１８の下面を保持台１７の上面に当接させる。この時点で保持台１７と押圧板１８とは平行になる。次いで、ボルトを締め付けボールジョイント３３を固定した後、押圧板１８を上昇せしめる。

平行度の調整は毎回行う必要はなく、適当な回数ごとに行う。また、上記では積層体を挟まずに平行度の調整を行ったが、圧着する積層体と同一厚みの板材を保持台１７と押圧板１８との間に介在させて平行度を調整してもよい。

以上によって平行度の調整が終了したら、窒素ガスがパージされて大気圧状態にあるチャンバー１１の開口１３をシャッター１４を下げることで開とする。そして、図示しない搬送装置で半導体ウェーハＷとサポートプレート２の積層体をチャンバー１１内に入れ、ピン２０上に受け渡し、シャッター１４で開口１３を閉じ、チャンバー１１内を気密な状態にする。図２はこの状態を示している。

次いでチャンバー１１内を減圧し、圧力が１ｋＰａ以下になった時点で、シリンダユニット２１を駆動してピン２０を下げ、積層体を１５０℃程度まで加熱されている保持台１７上に載置する。

上記と並行して、サーボモータ２９を駆動して押圧板１８を予め設定した位置まで降下せしめ、保持台１７と押圧板１８との間で積層体を加圧する。この状態で約１分間保持して基板Ｗとサポートプレート２とを熱圧着する。

この後、窒素ガスをパージしてチャンバー１１内を大気圧に戻し、押圧板１８を上昇せしめ、シャッター１４を下げ、熱圧着せしめられた積層体をチャンバー１１外へ搬出する。
尚、上記実施例ではチャンバー１１内の減圧状態を大気圧に戻した後に押圧板１８を上昇せしめるようにしたが、先に押圧板１８を上昇せしめ、この後にチャンバー１１内を大気圧に戻してもよい。

サポートプレート２の上から溶剤としてのアルコールを注いで接着剤を溶解させる。図３は溶剤供給手段の具体例を示し、この例にあっては溶剤供給手段を溶剤供給プレート４０の下面にＯリング４１を設けている。溶剤供給プレート４０には溶剤（剥離液）供給管４２及び溶剤排出管４３が接続されている。而して、図３（ａ）の状態から溶剤供給プレート４０を降下させ、図３（ｂ）に示すように、サポートプレート２の上面にＯリング４１を介して溶剤供給プレート４０を重ね、次いでサポートプレート２、Ｏリング４１及び溶剤供給プレート４０で囲まれる空間に溶剤供給管４２から溶剤を供給し、サポートプレート２に形成した貫通孔３を介して接着剤層１を溶解し除去する。

このように、Ｏリング４１によって溶剤が供給される空間を制限することで、溶剤がダイシングテープに極力溶剤がかかることを防げる。またテープにアルコールが触れた場合、アルコールによって溶解したテープののりがウェーハ表面を汚染する懸念があるが、この機構ではそれを防止することができる。

本発明に係る半導体ウェーハの貼付け方法を組み込んだ半導体ウェーハの薄板化工程を説明した図 本発明に係る方法の実施に用いる半導体ウェーハの貼付け装置の全体断面図 （ａ）は溶剤供給手段が上昇している状態を示す図、（ｂ）は溶剤供給手段が下降している状態を示す図 従来の半導体ウェーハの薄板化工程を説明した図

符号の説明

１…接着剤層、２…サポートプレート、３…貫通孔、４…グラインダー、５…ダイシングテープ、６…フレーム、７…ダイシング装置、１０…貼付け装置、１１…減圧チャンバー、１２…減圧用配管、１３…開口、１４…シャッター、１５…シリンダユニット、１６…プッシャー、１７…保持台、１８…押圧板、１９…貫通孔、２０…昇降ピン、２１…シリンダユニット、２２…プレート、２３…ヒータ、２４…バックプレート、２５…軸、２６…フランジ、２７…蛇腹、２８…フレーム、２９…サーボモータ、３０…スクリューネジ、３１…昇降体、３２…ナット部、３３…ボールジョイント、３４…センサ、４０…溶剤供給プレート、４１…Ｏリング、４２…溶剤（剥離液）供給管、４３…溶剤排出管、Ｗ…半導体ウェーハ。

Claims (1)

1. 半導体ウェーハをグラインダーによって薄板化する工程において、半導体ウェーハの基板の回路形成面をサポートプレートに貼り付ける方法であって、
   基板の回路形成面に接着剤を塗布して回路形成面の上に接着剤層を形成し、次いでこの接着剤層を加熱して乾燥固化せしめ、この後、前記接着剤層の上に厚み方向の貫通孔をプレートの全域に亘って設けたサポートプレートを重ね、この状態で減圧雰囲気且つ加熱下においてサポートプレートを接着剤層に押し付けて圧着し、
   前記基板の回路形成面に塗布した接着剤の乾燥は２５０℃以下の温度で行い、減圧雰囲気における積層体の加熱温度は２００℃以下とすることを特徴とするサポートプレートの貼り付け方法。