JP2003173987A - 半導体チップの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚さが１５０μｍ以下のような薄い半導体チ
ップを製造する場合において、半導体チップの抗折強度
を十分に向上させる。 【解決手段】 半導体ウェーハＷの表面に少なくとも半
導体チップの厚さに相当する深さの切削溝９を形成し、
切削溝９が形成された半導体ウェーハＷの表面に保護部
材Ｔを貼着し、保護部材Ｔを下にして研削装置のチャッ
クテーブルに載置して半導体ウェーハＷの裏面を研削し
て切削溝９を表出させ、切削溝９の表出により個々の半
導体チップに分離された状態で、半導体チップの裏面を
ドライエッチングすることにより、研削により裏面に生
じた研削歪み層及び切削により生じた切削歪み層を除去
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面に切削溝が形
成された半導体ウェーハの裏面を研削して切削溝を表出
させることにより個々の半導体チップを製造する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の回路が表面に複数形成
された半導体ウェーハは、個々の半導体チップに分離さ
れ、各種の電子機器に利用されている。また、電子機器
の小型化、軽量化のために、半導体チップの厚さは５０
μｍ以下、望ましくは５０μｍ以下とすることが求めら
れている。そこで、研削装置を用いて半導体ウェーハの
裏面を研削して所望の厚さとすることによって、かかる
要求に応えようとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
ウェーハの厚さが１５０μｍ以下になると、著しく抗折
強度が低下し、組立工程等において破損することが多
く、歩留まりが低下するという問題がある。

【０００４】このような問題を解決するために、本発明
の発明者は、半導体ウェーハの裏面を研削する際に裏面
に形成される研削歪み層が抗折強度を低下させる原因で
あると考え、裏面を化学的にエッチングすることにより
研削歪み層を除去した後に、半導体ウェーハをダイシン
グして個々の半導体チップを製造することとしたが、抗
折強度の向上には至らなかった。

【０００５】従って、薄い半導体チップを製造する場合
においては、半導体チップの抗折強度を十分に向上させ
ることに課題を有している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の具体的手段として本発明は、ストリートによって区画
されて複数の半導体チップが表面に形成された半導体ウ
ェーハを個々の半導体チップに分離する半導体チップの
製造方法であって、半導体ウェーハの表面に少なくとも
半導体チップの厚さに相当する深さの切削溝を形成する
切削溝形成工程と、切削溝が形成された半導体ウェーハ
の表面に保護部材を貼着し、保護部材を下にして研削装
置のチャックテーブルに載置し、半導体ウェーハの裏面
を研削して切削溝を表出させる裏面研削工程と、切削溝
の表出により個々の半導体チップに分離された状態で、
半導体チップの裏面をドライエッチングするドライエッ
チング工程とから構成される半導体チップの製造方法を
提供する。

【０００７】そしてこの半導体チップの製造方法は、ド
ライエッチング工程がプラズマエッチングにより遂行さ
れることを付加的な要件とする。

【０００８】このように構成される半導体チップの製造
方法においては、いわゆる先ダイシングの技術により半
導体ウェーハを個々の半導体チップに分離した後に裏面
をドライエッチングすることとしたため、半導体チップ
裏面のみならず側面もエッチングすることができ、研削
により裏面に生じた研削歪み層だけでなく、研削により
側面に生じた切削歪み層も除去することができる。

【０００９】また、エッチングをドライエッチングによ
り行うことにより、ウェットエッチングのようにエッチ
ング液が半導体チップの表面に回り込んで回路を溶解し
て傷付けるということがない。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例とし
て、図１に示す半導体ウェーハＷを個々の半導体チップ
Ｃに分離する場合について説明する。

【００１１】まず最初に、図１に示すように、複数の半
導体チップＣがストリートＳによって区画されて表面に
形成された半導体ウェーハＷの表面に、図２に示すダイ
シング装置１を用いて切削溝を形成する。

【００１２】図２のダイシング装置１においては、切削
溝を形成しようとする半導体ウェーハＷは、カセット２
に複数収容され、搬出入手段３によって１枚ずつ仮置き
領域４に取り出されてから搬送手段５によってチャック
テーブル６に搬送され、吸引保持される。

【００１３】次に、チャックテーブル６が＋Ｘ方向に移
動することによって半導体ウェーハＷがアライメント手
段７の直下に位置付けられ、ここで切削溝を形成すべき
ストリートＳが検出され、そのストリートＳと回転ブレ
ード８とのＹ軸方向の位置合わせが行われる。

【００１４】そして更に、半導体ウェーハＷを保持した
チャックテーブル６が＋Ｘ方向に移動し、高速回転する
回転ブレード８を備えた切削手段８ａが下降して半導体
ウェーハＷの表面のストリートに切り込む。このとき、
回転ブレード８の切り込み深さを精密に制御することに
より、所望の深さの切削溝を形成する。

【００１５】また、切削手段８ａをストリート間隔だけ
Ｙ軸方向に割り出し送りしながらチャックテーブル６を
Ｘ軸方向に往復移動させることによって、同方向のすべ
てのストリートＳに切削溝が形成される。

【００１６】更に、チャックテーブル６を９０度回転さ
せてから上記と同様の切削を行うことにより、図３に示
すように、縦横に設けられたすべてのストリートに、最
終的な半導体チップの厚さに相当する深さの切削溝９が
形成される（切削溝形成工程）。

【００１７】次に、図４及び図５に示すように、切削溝
９が形成された半導体ウェーハＷの表面に保護部材Ｔを
貼着し、図６に示す研削装置１０に搬送する。

【００１８】図６の研削装置１０は、この研削装置１０
には、研削しようとする板状物を保持するチャックテー
ブル１１と、チャックテーブル１１に保持された板状物
を研削する第一の研削手段１２ａ及び第二の研削手段１
２ｂと、研削済みの板状物を研削する洗浄手段１３と、
洗浄済みの板状物にドライエッチングを施すドライエッ
チング手段１４とを備えており、更に、研削前の板状物
を収容するカセット１５が載置される領域であるカセッ
ト載置領域１６と、カセット載置領域１６に載置された
カセット１５からの板状物の搬出を行う第一の搬送手段
１７と、第一の搬送手段１７によって搬出された板状物
の中心位置を合わせる位置合わせ手段１８と、位置合わ
せ手段１８により中心位置の位置合わせがなされた板状
物を搬出してチャックテーブル１１に搬送する第二の搬
送手段１９と、チャックテーブル１１に載置された研削
済みの板状物を搬出して洗浄手段１３に搬送する第三の
搬送手段２０と、洗浄済みの板状物を洗浄手段１３から
搬出してドライエッチング手段１４に搬送する第四の搬
送手段２１とを備えている。

【００１９】第一の研削手段１２ａ及び第二の研削手段
１２ｂは、起立した壁部２３に対して上下動可能となっ
ている。ここで、研削手段１２ａと研削手段１２ｂとは
同様に構成されるため、共通の符号を付して説明する
と、壁部２３の内側の面には一対のレール２４が垂直方
向に併設され、駆動源２５に駆動されレール２４に沿っ
てスライド板２６が上下動するのに伴い、スライド板２
６に固定された研削手段１２ａ、１２ｂが上下動するよ
うに構成されている。

【００２０】研削手段１２ａ、１２ｂにおいては、回転
可能に支持されたスピンドル２７の先端にマウンタ２８
を介して第一の研削ホイール２９ａが装着されており、
第一の研削ホイール２９ａの下部には粗研削用の砥石が
固着されている。一方、研削手段１２ｂにおいては、回
転可能に支持されたスピンドル２７の先端にマウンタ２
８を介して第二の研削ホイール２９ｂが装着されてお
り、第二の研削ホイール２９ａの下部には仕上げ研削用
の砥石が固着されている。

【００２１】図４、図５に示したように表面に保護部材
Ｔが貼着された半導体ウェーハＷの裏面を研削する場
合、研削前の半導体ウェーハは、裏面を上にしてカセッ
ト１５に複数段に重ねて収納されており、第一の搬送手
段１７によって１枚ずつピックアップされて位置合わせ
手段１８に載置される。そしてここで半導体ウェーハの
中心の位置合わせが行われた後、第二の搬送手段１９に
吸着されると共に第二の搬送手段１９が旋回動すること
によって、チャックテーブル１１に半導体ウェーハＷが
載置される。

【００２２】次に、ターンテーブル２２が所要角度回転
して半導体ウェーハＷが第一の研削手段１２ａの直下に
位置付けられ、第一の研削手段１２ａの作用を受けて裏
面が研削される。ここでは、切削溝１９が表出するか、
または切削溝１９が表出する直前まで粗研削が行われ
る。

【００２３】粗研削が終了すると、ターンテーブル２２
が所要角度回転し、チャックテーブル１１が第二の研削
手段１２ｂの直下に位置付けられ、第二の研削手段１２
ｂの作用を受けて裏面が研削される。ここでは切削溝１
９が表出することにより個々の半導体チップに分離さ
れ、所望の厚さとなるように仕上げ研削が行われる。

【００２４】このようにして裏面が粗研削、仕上げ研削
された半導体ウェーハＷは、図７に示すように、裏面に
おいて切削溝９が表出することにより個々の半導体チッ
プＣに分離される。このような手法は先ダイシングと称
される。なお、保護部材Ｔに貼着されたままであるた
め、半導体ウェーハＷの外形を維持している。

【００２５】図６を参照して説明を続けると、第二の研
削手段１２ｂによる仕上げ研削が終了した半導体ウェー
ハＷが載置されたチャックテーブル１１は、ターンテー
ブル２２の回転によって第三の搬送手段２０の近傍に位
置付けられる。そして、第三の搬送手段２０によって洗
浄領域１３に搬送され、ここで洗浄された後、更に第四
の搬送手段２１によってドライエッチング手段１４に搬
送される。なお、本実施の形態においては、第一の搬送
手段１７が第四の搬送手段２１を兼ねた構成となってい
るが、それぞれ別個に設けても良い。

【００２６】図８及び図９に示すように、ドライエッチ
ング手段１４は、板状物の搬出入を行う搬出入チャンバ
ー３０と、ドライエッチングを行う処理チャンバー３１
と、板状物を保持して搬出入チャンバー３０と処理チャ
ンバー３１との間を移動可能な保持部３２と、処理チャ
ンバー３１内に配設されプラズマを発生する一対の高周
波電極３３と、高周波電極３３に適宜の高周波電圧を供
給する高周波電源及び同調機３４と、エッチングガスを
処理チャンバー３１内に供給するガス供給部３５と、処
理チャンバー３１内のガスを排出する排出部３６とから
構成されている。なお、本実施の形態においては、保持
部３２と一方の高周波電極３３とを兼用している。また
保持部３２には、保持された板状物を冷却する冷却部３
７を設けている。

【００２７】図７に示すように、ガス供給部３５には、
エッチングガスを蓄えたタンク３８と、タンク３８に蓄
えられたエッチングガスを処理チャンバー３１に供給す
るポンプ３９とを備えると共に、冷却部３７に冷却水を
供給する冷却水循環器４０、保持部３２に吸引力を供給
する吸引ポンプ４１、処理チャンバー３１内のエッチン
グガスを吸引する吸引ポンプ４２、吸引ポンプ４２が吸
引したエッチングガスを中和して排出部３６に排出する
フィルター４３を備えている。

【００２８】第一の研削手段１２ａ、第二の研削手段１
２ｂにより研削され、洗浄手段１３において洗浄された
半導体ウェーハＷをドライエッチングする際は、搬出入
チャンバー３０に設けた第一のゲート４４を開いた状態
で、第四の搬送手段２１が半導体ウェーハＷを保持して
図８における矢印の方向に移動することにより、搬出入
チャンバー３０内に位置付けられた保持部３２に半導体
ウェーハＷが研削面を上にして載置される。そして、第
一のゲート４４を閉じ、搬出入チャンバー３０内を真空
にする。

【００２９】次に、処理チャンバー３１に設けた第二の
ゲート４５を開いて保持部３２が処理チャンバー３１内
に移動し、半導体ウェーハＷが処理チャンバー３１内に
収容される。

【００３０】半導体ウェーハＷが処理チャンバー３１内
に収容されると、ポンプ３９によってエッチングガス、
例えば希薄なフッ素系ガスを処理チャンバー３１内に供
給すると共に、高周波電源及び同調器３４から高周波電
極３３に高周波電圧を供給することにより、半導体ウェ
ーハＷの研削面をプラズマを用いてプラズマエッチング
する。このとき、冷却部３７には冷却水循環器４０によ
って冷却水が供給される。

【００３１】このようにしてドライエッチングが行われ
ると、個々の半導体チップＣの裏面に生じていた研削歪
み層が除去される。また、図１０に示すように、個々の
半導体チップＣの間には切削溝９が形成されているた
め、切削溝９にもエッチングガスが供給され、半導体チ
ップＣの側面もエッチングされる。従って、研削歪み層
のみならず、切削歪み層も除去される。

【００３２】また、エッチングはドライエッチングによ
り行うため、ウェットエッチングの場合のように半導体
チップの表面に形成された回路を溶解して傷付けること
がない。従って、半導体チップの品質を低下させること
がない。

【００３３】エッチングの終了後は、処理チャンバー３
１に供給したエッチングガスを吸引ポンプ４２によって
吸引し、フィルター４３において中和して排出部３６か
ら外部に排出する。そして、処理チャンバー３１内を真
空にして第二のゲート４５を開き、エッチング済みの半
導体ウェーハＷを保持した保持部３２が搬出入チャンバ
ー３０に移動し、第二のゲート４５を閉じる。

【００３４】半導体ウェーハＷが搬出入チャンバー３０
内に移動すると、第一のゲート４４を開き、第四の搬送
手段２１が半導体ウェーハＷを保持して搬出入チャンバ
ー３０から搬出し、カセット１５に収容する。

【００３５】以上述べた本発明の方法によって製造され
た半導体チップと従来の方法によって製造された半導体
チップとについて、それぞれ抗折強度を測定した。

【００３６】本発明の方法については、以下の条件にお
いて半導体チップの製造及び抗折強度の試験を行った。 （１）エッチング条件 エッチング方法：プラズマエッチング エッチングガス：ＳＦ_６＋Ｈｅ エッチング量： ４μｍ （２）チップ条件 半導体チップの大きさ：縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚
さ１５０μｍ 半導体チップの個数： １００個 （３）試験方法：３点曲げ

【００３７】一方、従来の方法としては、以下の
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の３通りの方法について、それ
ぞれに示す条件において半導体チップの製造及び抗折強
度の試験を行った。 （Ａ）半導体ウェーハの裏面研削後、ダイシングによっ
て半導体チップを分離 （１）チップ条件 半導体チップの大きさ：縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚
さ１５０μｍ 半導体チップの個数： １００個 （２）試験方法：３点曲げ （Ｂ）半導体ウェーハの裏面研削及びドライエッチング
の後、ダイシングにより半導体チップに分離 （１）エッチング条件 エッチング方法：プラズマエッチング エッチングガス：ＳＦ_６＋Ｈｅ エッチング量： ４μｍ （２）チップ条件 半導体チップの大きさ：縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚
さ１５０μｍ 半導体チップの個数： １００個 （２）試験方法：３点曲げ （Ｃ）いわゆる先ダイシングにより半導体チップに分離 （１）チップ条件 半導体チップの大きさ：縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×厚
さ１５０μｍ 半導体チップの個数： １００個 （２）試験方法：３点曲げ

【００３８】図１１は、３点曲げ試験を行う様子を示し
ており、距離Ｌだけ離れた平行な２本の支持棒５０の上
に本発明の方法及び上記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の方法
によって形成された半導体チップＣを載置し、上方から
押圧棒５１を用いて加重Ｐを加える。

【００３９】このとき半導体チップＣの内部に生じる内
部応力σは、抗折強度と呼ばれ、 σ［ＭＰａ］＝３ＰＬ／２ｂｈ^２ ………（１） で表すことができる。ここで、ｂはチップ幅、ｈはチッ
プの厚さ、Ｌは２本の支持棒５０の間の距離、Ｐは破断
荷重であり、ｂ、ｈ、Ｌ２の単位は［ｍ］、Ｐの単位は
［Ｎ］、σの単位は［ＭＰａ］である。

【００４０】上記４種類の半導体チップについてそれぞ
れ１００個ずつ３点曲げ試験を行い、半導体チップが破
断した時点における破断荷重Ｐに基づき上記式（１）を
用いて抗折強度を算出し、その平均値を求めたところ、
図１２の棒グラフに示す結果を得た。

【００４１】このグラフからわかるように、本発明の方
法により製造された半導体チップは、従来の方法
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）により製造された半導体チップ
と比較すると、その抗折強度が３〜４倍と飛躍的に向上
したことが実証された。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体チップの製造方法においては、いわゆる先ダイシング
の技術により半導体ウェーハを個々の半導体チップに分
離した後に裏面をドライエッチングすることとしたた
め、半導体チップ裏面のみならず側面もエッチングする
ことができる。従って、研削により裏面に生じた研削歪
み層だけでなく、切削により側面に生じた切削歪み層も
除去することができるため、抗折強度が飛躍的に向上す
る。

【００４３】また、エッチングをドライエッチングによ
り行うことにより、ウェットエッチングのようにエッチ
ング液が半導体チップの表面に回り込んで回路を溶解し
て傷付けるということがないため、半導体チップの品質
が低下しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体ウェーハを示す斜視図である。

【図２】本発明の実施に用いるダイシング装置の一例を
示す斜視図である。

【図３】表面に切削溝が形成された半導体ウェーハを示
す斜視図である。

【図４】同半導体ウェーハに保護部材が貼着された状態
を示す斜視図である。

【図５】同半導体ウェーハに保護部材が貼着された状態
を示す正面図である。

【図６】本発明の実施に用いる研削装置の一例を示す斜
視図である。

【図７】個々の半導体チップに分離された半導体ウェー
ハを示す斜視図である。

【図８】ドライエッチング手段の搬出入チャンバー及び
処理チャンバーを示す説明図である。

【図９】同ドライエッチング手段の処理チャンバー及び
ガス供給部の構成を示す説明図である。

【図１０】個々の半導体チップに分離された状態におけ
る切削溝を示す正面図である。

【図１１】抗折強度の測定のために行う試験の方法を示
す斜視図である。

【図１２】抗折強度の測定結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１…ダイシング装置 ２…カセット ３…搬出入手段 ４…仮置き領域 ５…搬送手段 ６…チャックテーブル ７…アライメント手段 ８…回転ブレード ８ａ…切削手段 ９…切削溝 １０…研削装置 １１…チャックテーブル １２ａ…第一の研削手段 １２ｂ…第二の研削手段 １３…洗浄手段 １４…ドライエッチング手段 １５…カセット １６…カセット載置領域 １７…第一の搬送手段 １８…中心合わせ手段 １９…第二の搬送手段 ２０…第三の搬送手段 ２１…第四の搬送手段 ２２…ターンテーブル ２３…壁部 ２４…レール ２５…駆動源 ２６…スライド板 ２７…スピンドル ２８…マウンタ ２９ａ…第一の研削ホイール ２９ｂ…第二の研削ホイール ３０…搬出入チャンバー ３１…処理チャンバー ３２…保持部 ３３…高周波電極 ３４…高周波電源及び同調器 ３５…ガス供給部 ３６…排出部 ３７…冷却部 ３８…タンク ３９…ポンプ ４０…冷却水循環器 ４１、４２…吸引ポンプ ４３…フィルター ４４…第一のゲート ４５…第二のゲート ５０…支持棒 ５１…押圧棒 Ｗ…半導体ウェーハ Ｓ…ストリート Ｃ…半導体チップ Ｔ…保護部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ストリートによって区画されて複数の半
   導体チップが表面に形成された半導体ウェーハを個々の
   半導体チップに分離する半導体チップの製造方法であっ
   て、 半導体ウェーハの表面に少なくとも半導体チップの厚さ
   に相当する深さの切削溝を形成する切削溝形成工程と、 該切削溝が形成された半導体ウェーハの表面に保護部材
   を貼着し、該保護部材を下にして研削装置のチャックテ
   ーブルに載置し、該半導体ウェーハの裏面を研削して該
   切削溝を表出させる裏面研削工程と、 該切削溝の表出により個々の半導体チップに分離された
   状態で、該半導体チップの裏面をドライエッチングする
   ドライエッチング工程とから構成される半導体チップの
   製造方法。
2. 【請求項２】 ドライエッチング工程はプラズマエッチ
   ングにより遂行される請求項１に記載の半導体チップの
   製造方法。