JP2012099622A

JP2012099622A - 半導体装置の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP2012099622A
Application number: JP2010245754A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kumakawa; 隆博隈川; Yoshihiro Matsushima; 芳宏松島; Keiji Miki; 啓司三木; Yoshihiro Nakaide; 義広仲出
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-05-24

Abstract

【課題】時間経過に関わらず、貼り付け時の平坦性を維持することを目的とする。
【解決手段】凹凸が形成された半導体素子形成面２に表面保護フィルム４を貼り付ける際に、表面保護フィルム４を、弾性および硬化性を有する粘着材６と基材フィルム５とから構成し、粘着材６を凹凸に沿うように変形させると共に基材フィルム５表面を半導体素子形成面２と平行で平坦にした状態で、粘着材６を硬化させることにより、時間経過に関わらず、貼り付け時の平坦性を維持することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハの裏面研削の際に半導体ウェハに表面保護フィルムを貼り付ける半導体装置の製造方法およびそれに用いる製造装置に関するものである。

一般に、半導体素子が形成された半導体ウェハは、各種デバイスの実装形態に最適な厚みにするため、ウェハ裏面をバックグラインダーと呼ばれる裏面研削装置で研削し、薄厚化される。さらに必要に応じて、化学的エッチングや、ポリッシング加工を施し、裏面の破砕層を除去する場合もある。

裏面研削や、破砕層除去の際、研削ダストや化学的な汚染、また、研削時の物理的ダメージから、ウェハの表面を保護するため、半導体素子形成面に、主に基材フィルムと粘着材から構成される表面保護フィルムを貼り合わせる。表面保護フィルムが貼り付けられた半導体ウェハは、表面保護フィルム貼り付け面をバックグラインダーのステージに吸着保持され、ステージと平行になるように制御されながら、研削される。すなわち、バックグラインド後の半導体ウェハの平坦度の精度を高く仕上げるためには、表面保護フィルムの貼り付け平坦性が重要となる。

一方、フリップチップ接合の普及により、半導体素子形成面である半導体ウェハ表面にバンプが形成された状態でバックグラインドされる場合がある。バンプが半導体ウェハ表面に形成されている場合、通常の表面保護フィルムでは、貼り付けた際に、バンプの凹凸などの段差が吸収できず、バックグラインド中に局所的に応力がかかり、ウェハ割れの発生や、研削厚みのばらつきが大きくなる原因となる。そのため、バンプ形成品など、表面の凹凸が大きい半導体ウェハに使用する表面保護フィルムは、粘着材に厚い低弾性材料を採用し、凹凸を吸収する構造としている。しかしながら、低弾性材料を使用した場合、貼り付けの際のローラーの応力ばらつきなどの影響を受けやすいという問題が発生していた。

これらの問題を解決する方法として、貼り付けローラーの加圧力をサーボモータで滑らかに制御することで、半導体ウェハのどの位置でも均一な線圧力で表面保護フィルムを貼り付けする方法があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１７９８１４号公報

しかしながら、従来の貼り付け方法でも、貼り付け後、時間の経過とともに、半導体表面の凹凸に倣って、平坦性が損なわれるという課題があった。
以下、図４を用いて従来の表面保護フィルムの貼り付け状態を説明する。

図４は従来の表面保護フィルムの貼り付け状態の変化の様子を示す図である。
図４において、図４（ａ）は、従来の貼り付け方法で半導体ウェハ１０１に表面保護フィルム１０４を貼り付けた直後の状態を示す断面図である。半導体ウェハ１０１上の半導体素子形成面１０２に形成されたバンプ１０３の凹凸を、表面保護フィルム１０４を構成する粘着材１０６が吸収し、基材フィルム１０５側は平坦に維持されている。しかしながら、図４（ｂ）に示すように、時間経過とともに、粘着材１０６の形状が元の形状に戻る方向で変形し、バンプ１０３の間に埋められた粘着材１０６に浮き１０７が発生してくる。また、バンプ１０３の頭頂部と、半導体素子形成面１０２との段差形状が、基材フィルム１０５側に現れ、平坦性が損なわれてしまう。

本発明は、このような時間経過に関わらず、貼り付け時の平坦性を維持することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、弾性の粘着材および基材フィルムからなる表面保護フィルムを凹凸が形成された半導体素子形成面が前記粘着材に接するように半導体ウェハに貼り付ける貼り付け工程と、前記凹凸に沿うように前記粘着材を変形させる変形工程と、前記基材フィルムの前記粘着材と接する面の反対面を前記半導体素子形成面と平行で平坦な面にする平坦化工程と、前記基材フィルムが平坦な状態で前記粘着材を硬化させる硬化工程と、前記粘着材を硬化させた状態で前記半導体素子形成面の裏面を研磨する研磨工程とを有することを特徴とする。

また、前記変形工程と前記平坦化工程とを同時に行うことが好ましい。
また、前記平坦化工程を、貼り付けローラーを押し当てて行っても良い。
また、前記平坦化工程を、前記表面保護フィルムを前記半導体ウェハと平坦部材とで挟み込むようにプレスすることにより行うことが好ましい。

また、前記粘着材がＵＶ硬化性材料で構成され、前記硬化工程が前記粘着材にＵＶ光を照射することにより前記粘着材を硬化させても良い。
また、前記粘着材がＵＶ硬化性材料で構成され、前記平坦部材がＵＶ光を透過可能な材料で構成され、前記硬化工程が前記粘着材に前記平坦部材を介してＵＶ光を照射することにより前記粘着材を硬化させても良い。

また、前記ＵＶ光を照射する際に、前記半導体ウェハの外周部を遮光することが好ましい。
また、前記粘着材が熱硬化性材料で構成され、前記硬化工程で加熱により前記粘着材を硬化させても良い。

さらに、本発明の半導体装置の製造装置は、弾性の粘着材および基材フィルムからなる表面保護フィルムを凹凸が形成された半導体素子形成面が前記粘着材に接するように半導体ウェハに貼り付ける貼り付け部と、前記凹凸に沿うように前記粘着材を変形させる変形部と、前記基材フィルムの前記粘着材と接する面の反対面を前記半導体素子形成面と平行で平坦な面にする平坦化部と、前記基材フィルムが平坦な状態で前記粘着材を硬化させる硬化部とを有することを特徴とする。

また、前記平坦化部が前記変形部を内蔵し、前記粘着材の変形と前記基材フィルムの平坦化を同時に行うことが好ましい。
また、前記平坦化部がローラーであっても良い。

また、前記平坦化部が平坦部材を備え、前記表面保護フィルムを前記半導体ウェハと前記平坦部材とで挟み込むようにプレスすることにより行うことが好ましい。
また、前記粘着材がＵＶ硬化性材料で構成され、前記硬化部が前記粘着材にＵＶ光を照射することにより前記粘着材を硬化させるＵＶ光源であっても良い。

また、前記粘着材がＵＶ硬化性材料で構成され、前記平坦部材がＵＶ光を透過可能な材料で構成され、前記硬化部が前記粘着材に前記平坦部材を介してＵＶ光を照射することにより前記粘着材を硬化させるＵＶ光源であっても良い。

また、前記平坦化部が前記半導体ウェハの外周部を遮光することが好ましい。
また、前記粘着材が熱硬化性材料で構成され、前記硬化部が加熱により前記粘着材を硬化させても良い。

また、前記凹凸がバンプであっても良い。
以上により、時間経過に関わらず、貼り付け時の平坦性を維持することができる。

以上のように、凹凸が形成された半導体素子形成面に表面保護フィルムを貼り付ける際に、表面保護フィルムを、弾性および硬化性を有する粘着材と基材フィルムとから構成し、粘着材を凹凸に沿うように変形させると共に基材フィルム表面を半導体素子形成面と平行で平坦にした状態で、粘着材を硬化させることにより、時間経過に関わらず、貼り付け時の平坦性を維持することができる。

第一の実施形態における半導体装置の製造方法および製造装置を説明する断面図第二の実施形態における半導体装置の製造方法および製造装置を説明する断面図第三の実施形態における半導体装置の製造方法および製造装置を説明する断面図従来の表面保護フィルムの貼り付け状態の変化の様子を示す図

以下に、本発明における半導体製造方法および、それに用いる製造装置について、図を用いて説明する。
図１は第一の実施形態における半導体装置の製造方法および製造装置を説明する断面図である。

図１において、１は半導体ウェハ、２は半導体ウェハの表面に形成された半導体素子形成面、３は半導体素子上に設けられた凹凸の例であるバンプ、４は表面保護フィルム、５は表面保護フィルムを構成する基材フィルム、６は弾性を有するＵＶ硬化性の粘着材、７はＵＶ光を透過する平坦部材、８はＵＶ光を遮蔽する遮蔽膜、９は半導体ウェハ１を保持する保持部材、１０はチャンバー、１１はＵＶ光源、１２は表面保護フィルム４を仮固定するリングフレーム、１３はカッターである。

まず、図１（ａ）に示すように、半導体素子形成面２が上になるように、半導体ウェハ１を保持部材９の上に保持し、半導体ウェハ１上に、表面保護フィルム４を粘着材６が下になるように設置する。ここで、たとえば、図１（ａ）に示すようにリングフレーム１２に、予め表面保護フィルム４を仮貼りしておけば、表面保護フィルムのたるみなどが発生せず、取り扱いが容易である。

その後、半導体ウェハ１を保持部材９に乗せた状態で平坦部材７と半導体素子形成面２とが平行になるように押し当てていき、図１（ｂ）に示すように、粘着材６がバンプ３の段差を吸収するように変形させ、かつ、基材フィルム５の上面が、前記半導体素子形成面２と平行で、平坦部材７で平坦に倣うようにしっかりとプレスする。このとき、チャンバー内の圧力をたとえば、１０Ｐａ〜１０００Ｐａ程度に減圧しておくことにより、半導体ウェハ１表面と粘着材６との間の気泡噛み発生が抑制され、平坦精度を維持できるので望ましい。また、プレスは圧力制御でも、位置制御でも構わない。さらに、プレスが完了した状態のまま、平坦部材７ごしに、ＵＶ光源１１からＵＶ光を照射し、粘着材６を硬化させる。このとき、平坦部材７表面の半導体ウェハ１の外周上のみに遮光膜８を形成しておけば、遮光された箇所は硬化がされないため、粘着力が維持され、その後のバックグラインド工程の物理的ダメージによる、表面保護フィルム４の剥がれを抑制することができる。また、ここでは、半導体ウェハ１と平坦部材７とで表面保護フィルム４をプレスしたが、粘着材６がバンプ３の段差を吸収できれば良く、必ずしもプレスをする必要はない。

最後に、図１（ｃ）に示すように、表面保護フィルム４を貼り合わせた半導体ウェハ１をチャンバー１０から取り出し、リングフレーム１２が不要な場合は、カッター１３でカットして半導体ウェハ１の形状に切り出せばよい。

以上のように、半導体素子形成面２のバンプ３等の凹凸を弾性体である粘着材６が吸収するように、表面保護フィルム４を半導体ウェハ１に貼り合わせ、かつ、粘着材６と対向する基材フィルム５を平坦にし、その平坦を維持させた状態で粘着材６をＵＶ光の照射により硬化させることにより、粘着材６の形状変化を抑制し、時間経過に関わらず貼り付け時の平坦性を維持することができ、表面保護フィルム４の貼り付けが容易であり、既存のバックグラインド工程で平坦性精度を維持することができる。

次に、本発明の第二の実施形態について図２を用いて説明する。
図２は第二の実施形態における半導体装置の製造方法および製造装置を説明する断面図である。

図２において、１は半導体ウェハ、２は半導体ウェハの表面に形成された半導体素子形成面、３は半導体素子上に設けられたバンプ、４は表面保護フィルム、５は表面保護フィルムを構成する基材フィルム、１４は弾性を有する熱硬化性の粘着材、１５は加熱機能を有する平坦部材、９は半導体ウェハを保持する保持部材、１０はチャンバーである。

まず、図２（ａ）に示すように、予め表面保護フィルム４を貼り付けた半導体ウェハ１を保持部材９の上に保持する。その後、半導体ウェハ１を保持部材９に乗せた状態で平坦部材１５と半導体素子形成面２とが平行になるように押し当てていく。第一の実施形態と異なる点は、第一の実施形態では粘着材がＵＶ硬化性であったのに対し、本実施形態では粘着材１４として熱硬化性の粘着材を用いる点と、平坦部材がＵＶ光透過性である必要がなく、表面保護フィルム４に熱を伝達できる物である点である。

さらに、図２（ｂ）に示すように、粘着材１４がバンプ３の段差を吸収するように粘着材１４を変形させ、かつ、基材フィルム５の上面が平坦部材１５で平坦に倣うようにしっかりとプレスする。このとき、第一の実施形態同様、チャンバー内の圧力をたとえば、１０Ｐａ〜１０００Ｐａ程度に減圧しておくことが望ましく、また、プレスは、圧力制御でも位置制御でも構わない。また、半導体ウェハ１と平坦部材１５とで表面保護フィルム４をプレスしたが、粘着材１４がバンプ３の段差を吸収し、基材材フィルム５の表面が半導体素子形成面２に平行で平坦になれば良く、必ずしもプレスをする必要はない。

さらに、プレスが完了した状態のまま、平坦部材１５を加熱し、熱硬化性の粘着材１４を硬化させる。加熱温度は、一般的な基材フィルム５の軟化温度である７０度以下が望ましい。なお、本実施形態では、予め表面保護フィルム４を貼り付けた半導体ウェハ１を用いているが、第一の実施形態に示すように、工程削減のために、表面保護フィルム４の貼り付けと平坦化を同時に実施しても構わない。また、第一の実施形態では、表面保護フィルム４の貼り付けと平坦化を同時に実施しているが、第二の実施形態のように、予め表面保護フィルム４を貼り付けた状態で、半導体ウェハ１を供給しても勿論構わない。さらに、図２に示す第二の実施形態においては、平坦部材１５から加熱しているが、保持部材９側から加熱しても良い。これらの場合、平坦部材１５あるいは保持部材９に加熱機能を設けることが好ましい。また、保持部材９または平坦部材１５以外から加熱してもよく、チャンバー１０を温度制御可能な箱内に設置して周囲温度により加熱することも可能である。

第一の実施形態，第二の実施形態の半導体装置の製造装置において、半導体ウェハ１に表面保護フィルム４を貼り付ける貼り付け機構、粘着材を凹凸に沿わせる変形機構は任意の機構を用いることができる。また、基材フィルム５を平坦化する平坦機構も平坦部材を押し付ける機構に限らず任意である。また、粘着材の硬化機構もＵＶ光照射や加熱に限らず、その他の放射線の照射等、粘着材を硬化できる機構であれば良い。

以上のように、半導体素子形成面２の凹凸を弾性体である粘着材１４が吸収するように、表面保護フィルム４を半導体ウェハ１に貼り合わせ、かつ、粘着材１４と対向する基材フィルム５を平坦にし、その平坦を維持させた状態で粘着材１４を加熱して硬化させることにより、時間経過に関わらず貼り付け時の平坦性を維持することができ、表面保護フィルム４の貼り付けが容易であり、既存のバックグラインド工程で平坦性精度を維持することができる。

次に、本発明の第三の実施形態について図３を用いて説明する。
図３は第三の実施形態における半導体装置の製造方法および製造装置を説明する断面図である。

図３において、１は半導体ウェハ、２は半導体ウェハ１の表面に形成された半導体素子形成面、３は半導体素子１上に設けられたバンプ、４は表面保護フィルム、５は表面保護フィルムを構成する基材フィルム、６は弾性を有するＵＶ光硬化性の粘着材、９は半導体ウェハを保持する保持部材、１１はＵＶ光源、１６は貼り付けローラー、１７は貼り付けローラーを含む貼り付けユニット、１８はシャッター、１９はＵＶ照射ユニットを示す。

まず、図３（ａ）に示すように、貼り付けユニット１７で、貼り付けローラーを押し当てながら、半導体ウェハ１が載置された保持部材９をスライドさせて、半導体ウェハ１のバンプ３が形成された表面に表面保護フィルム４を平坦に貼り付ける。貼り付けた半導体ウェハ１および表面保護フィルム４の構成は第一の実施形態と同様である。貼り付けローラー１６による貼り付けに関しては、平坦に貼り付けができれば良く、圧力制御でも位置制御でも構わず、その機構に特にこだわるものではない。

その後、図３（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１を保持したまま、保持部材９をＵＶ照射ユニット１９にただちに移動させ、シャッター１８を開いて、ＵＶ光源１１からＵＶ光を照射し、粘着材６を硬化させる。なお、本実施形態では、表面保護フィルム４の貼り付けユニット１７と、ＵＶ照射ユニット１９を別々に構成しているが、貼り付けローラー１６で貼り付けながら、同時に平坦化された領域から順にＵＶ光を照射する構成としても構わない。また、製造装置としては、貼り付け後、ただちにＵＶ光を照射できる機能を有していれば良く、その構成については、上記実施形態に制限するものではない。

さらに、粘着材として、第二の実施形態のように熱硬化性材料を用いた場合は、ＵＶ照射ユニット１９の代わりに、加熱ユニットを設け、貼り付け後加熱することでも、粘着材の硬化ができ、同様の効果を得ることができる。また、保持部材９、または貼り付けローラー１６に加熱機能を設けておけば、特に加熱ユニットを設けないでも、貼り付け後、または貼り付け中に加熱することができる。さらに、図３においては、表面保護フィルム４の貼り付けと平坦化を同時に行った場合の実施形態を記載しているが、予め表面保護フィルムを貼った半導体ウェハを準備し、貼り付けローラーで平坦化処理を行い、粘着材６の硬化処理を実施しても良い。

なお、本実施形態では、バンプ３の段差による影響を記載しているが、半導体ウェハ１表面に形成された有機膜などのパッシベーション膜段差等の他の凹凸に関しても、同様の効果が得られるものである。

さらに、上記実施形態において、粘着材は単一材料として記載しているが、例えば凹凸を吸収する低弾性材料と、粘着性材料の複層構造としても構わない。
以上のような構成においても、平坦を維持させた状態で粘着材を硬化させることにより、時間経過に関わらず貼り付け時の平坦性を維持することができ、表面保護フィルム４の貼り付けが容易であり、既存のバックグラインド工程で平坦性精度を維持することができる。

本発明は、時間経過に関わらず、貼り付け時の平坦性を維持することができ、半導体ウェハの裏面研削の際に半導体ウェハに表面保護フィルムを貼り付ける半導体装置の製造方法およびそれに用いる製造装置等に有用である。

１、１０１半導体ウェハ
２、１０２半導体素子形成面
３、１０３バンプ
４、１０４表面保護フィルム
５、１０５基材フィルム
６、１０６粘着材
７平坦部材
８遮光膜
９保持部材
１０チャンバー
１１ＵＶ光源
１２リングフレーム
１３カッター
１４粘着材
１５平坦部材
１６貼り付けローラー
１７貼り付けユニット
１８シャッター
１９ＵＶ照射ユニット
１０７浮き

Claims

弾性の粘着材および基材フィルムからなる表面保護フィルムを凹凸が形成された半導体素子形成面が前記粘着材に接するように半導体ウェハに貼り付ける貼り付け工程と、
前記凹凸に沿うように前記粘着材を変形させる変形工程と、
前記基材フィルムの前記粘着材と接する面の反対面を前記半導体素子形成面と平行で平坦な面にする平坦化工程と、
前記基材フィルムが平坦な状態で前記粘着材を硬化させる硬化工程と、
前記粘着材を硬化させた状態で前記半導体素子形成面の裏面を研磨する研磨工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記変形工程と前記平坦化工程とを同時に行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記平坦化工程を、貼り付けローラーを押し当てて行うことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記平坦化工程を、前記表面保護フィルムを前記半導体ウェハと平坦部材とで挟み込むようにプレスすることにより行うことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記粘着材がＵＶ硬化性材料で構成され、前記硬化工程が前記粘着材にＵＶ光を照射することにより前記粘着材を硬化させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記粘着材がＵＶ硬化性材料で構成され、前記平坦部材がＵＶ光を透過可能な材料で構成され、前記硬化工程が前記粘着材に前記平坦部材を介してＵＶ光を照射することにより前記粘着材を硬化させることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
前記ＵＶ光を照射する際に、前記半導体ウェハの外周部を遮光することを特徴とする請求項５または請求項６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記粘着材が熱硬化性材料で構成され、前記硬化工程で加熱により前記粘着材を硬化させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記凹凸がバンプであることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
弾性の粘着材および基材フィルムからなる表面保護フィルムを凹凸が形成された半導体素子形成面が前記粘着材に接するように半導体ウェハに貼り付ける貼り付け部と、
前記凹凸に沿うように前記粘着材を変形させる変形部と、
前記基材フィルムの前記粘着材と接する面の反対面を前記半導体素子形成面と平行で平坦な面にする平坦化部と、
前記基材フィルムが平坦な状態で前記粘着材を硬化させる硬化部と
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
前記平坦化部が前記変形部を内蔵し、前記粘着材の変形と前記基材フィルムの平坦化を同時に行うことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造装置。
前記平坦化部がローラーであることを特徴とする請求項１０または請求項１１のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
前記平坦化部が平坦部材を備え、前記表面保護フィルムを前記半導体ウェハと前記平坦部材とで挟み込むようにプレスすることにより行うことを特徴とする請求項１０または請求項１１のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
前記粘着材がＵＶ硬化性材料で構成され、前記硬化部が前記粘着材にＵＶ光を照射することにより前記粘着材を硬化させるＵＶ光源であることを特徴とする請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
前記粘着材がＵＶ硬化性材料で構成され、前記平坦部材がＵＶ光を透過可能な材料で構成され、前記硬化部が前記粘着材に前記平坦部材を介してＵＶ光を照射することにより前記粘着材を硬化させるＵＶ光源であることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造装置。
前記平坦化部が前記半導体ウェハの外周部を遮光することを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造装置。
前記粘着材が熱硬化性材料で構成され、前記硬化部が加熱により前記粘着材を硬化させることを特徴とする請求項１０〜請求項１３のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
前記凹凸がバンプであることを特徴とする請求項１０〜請求項１７のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。