JP3768069B2 - 半導体ウエーハの薄型化方法 - Google Patents

半導体ウエーハの薄型化方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハの薄型化方法に関し、例えばＩＣカード、太陽電池、薄膜トランジスタ等の半導体装置、あるいは複数の半導体素子からなる半導体集積回路（ＩＣ）を作製するのに適した薄型半導体ウエーハとする方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣカード、太陽電池、薄膜トランジスタ等の半導体装置や半導体集積回路を作製する際、その基板となる半導体ウエーハの厚さを十分に薄くすることによって、装置の小型化や使用上の自由度を向上させることができる。
特に、ＩＣカード等においては、薄型化の必要性が大きく、回路を構成するチップをできるだけ薄型にすることが望まれている。
【０００３】
従来、このような薄型半導体ウエーハを作製するためには、鏡面研磨され、後述するような通常の厚さを有する半導体ウエーハの表面に半導体素子（回路パターン）を形成した後、この表面に保護テープを貼り付け、この表面側を下にして研削装置のチャックテーブルに載置し、裏面を研削砥石により研削して薄型化するという工程が行われている（例えば、特開平５−２１８１９６号、特開平８−３７１６９号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記半導体ウエーハの通常の厚さとは、一般的にその直径によって異なり、例えば径が５インチ、または６インチウエーハでは６２５μｍ程度、８インチウエーハでは７２５μｍ程度であり、薄型化後の厚さとしては、作製される半導体素子により異なるが、１５０〜４００μｍ程度が一般的であった。前記従来の方法を用いてこれ以上薄型化することは、加工工程中、あるいは保護テープを剥離する際にウエーハが破損する確立が高くなるため、量産化は非常に困難であった。
【０００５】
しかしながら、近年、ＩＣカード等に用いられる半導体素子には益々の多機能化が要求されるようになっており、それに伴い、使用される半導体ウエーハをより一層薄型化することへの要求も高まり、厚さ１２０μｍ程度、あるいはそれ以下の厚さまで薄くすることが必要となってきた。
【０００６】
この様な極薄の半導体ウエーハを作製するためには、従来の薄型化手法を用いたのでは、前記したように加工工程等におけるワレ、欠け等の破損の頻度が高くなるため、歩留が低下し、コスト高となり、結果的には量産レベルでの対応が不可能となっていた。すなわち、従来法で厚さを１２０μｍ以下とするためには、用いるウエーハの径を４インチ、あるいはそれ以下としなければ、ワレを防止することが事実上不可能であった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、厚さが１２０μｍ程度あるいはそれ以下の半導体ウエーハを、加工工程等におけるワレ、欠け等の破損を極力発生させることなく低コストで作製することのできる半導体ウエーハの薄型化方法、特に直径６インチ以上といった量産品において従来のものよりさらに薄型化された半導体ウエーハを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明によれば、表面に半導体素子が形成されている半導体ウエーハの裏面を研削することにより薄型化する方法において、前記半導体ウエーハの表面を接着層を介して支持体に貼り合わせ、該支持体を保持した状態で前記半導体ウエーハの裏面を研削した後、該薄型化された半導体ウエーハを前記支持体から剥離することを特徴とする半導体ウエーハの薄型化方法が提供される。
【０００９】
すなわち、半導体ウエーハの表面に半導体素子を形成させた後、該ウエーハの厚さをさらに薄くする場合、上記のようにウエーハを接着層を介して支持体に貼り合わせてウエーハ裏面を研削すれば、加工工程中に破損することなく従来より薄型化することができ、次いで薄型化されたウエーハを支持体から剥離することでＩＣカード等に適用できる薄型半導体ウエーハを得ることができる。
【００１０】
この場合、前記支持体が、半導体ウエーハ、ガラス基板、またはセラミックス基板からなることが好ましい。
これらの支持体を用いて半導体ウエーハの研削を行うことで、厚さが薄く、かつ非常に平坦な半導体ウエーハとすることができる。特に、薄型化される半導体ウエーハと同質の半導体ウエーハを用いれば、剛性等の物性が同じであり、研削されるウエーハと支持体として使用されるウエーハとの熱膨張率の差が無く、研削中に熱が生じても応力を生じさせずに研削を行うことができる。
【００１１】
前記接着層としては、ワックスまたは熱剥離性接着剤であることが好ましく、特に、熱剥離性両面接着シートであることが好ましい。
このように、接着層を加熱により溶融、あるいは剥離するものとすることで、研削後、薄型化された半導体ウエーハを支持体から破損することなく容易に加熱剥離することができる。
また、接着層として熱剥離性両面接着シートを使用する場合、その熱剥離温度が両面で異なるものを使用すれば、加熱により、薄型化された半導体ウエーハだけを接着シートから容易に剥がすことができる。
【００１２】
さらに本発明では、支持体の貼り合わせ面が、前記半導体ウエーハの表面より大きい支持体を使用することが好ましい。
このように貼り合わせ面が大きな支持体を用いることにより、支持体に半導体ウエーハの最外周部を含めた表面全体を容易かつ確実に貼り合わせることができる。
【００１３】
本発明では、前記方法に従い、表面に半導体素子が形成されている半導体ウエーハの厚さが１２０μｍ以下になるまで研削できることを特徴とする。
すなわち、接着層を介して半導体ウエーハと支持体を貼り合わせて研削することにより、従来の方法で研削するよりもさらに薄くすることができ、ウエーハを破損することなく１２０μｍ以下になるまで研削することができる。
【００１４】
さらに本発明では、前記方法により薄型化された半導体ウエーハも提供される。具体的には、直径が６インチ以上であり、かつ厚さが１２０μｍ以下の半導体ウエーハを得ることができる。
従来、事実上直径４インチ以下でしか不可能であった厚さのものを、はじめて直径６インチ以上で達成することができた。このような極薄のウエーハは、ＩＣカード等に好適に適用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明により薄型化される半導体ウエーハを接着層を介して支持体に貼り合わせた断面を模式的に示した図であり、図２は、本発明により半導体ウエーハを薄型化する工程の一例を示すフロー図である。
【００１６】
なお、本発明で薄型化される半導体ウエーハは、インゴットからスライスされた後、順次面取り加工や研磨加工等が施され、さらに鏡面研磨された一方の面に例えば酸化膜形成後、フォトリソグラフィ技術により半導体素子（回路パターン）が形成されたものであり、本発明では、このように半導体素子が形成されている面をそのウエーハの表面と呼び、さらにこのように半導体素子が形成された半導体ウエーハをパターン付きウエーハ、または半導体ウエーハ、あるいは単にウエーハと呼ぶ場合がある。
【００１７】
本発明では、図１に示されるように、半導体素子２が形成された半導体ウエーハ１の表面を接着層３を介して支持体４に貼り合わせる。
支持体４としては、薄板状で硬質のものであれば特に限定されず、例えばガラス基板、セラミックス基板、あるいはシリコンウエーハ（酸化膜を付着させたものでもよい）等の半導体ウエーハを使用できる。特に、研削されるウエーハ１と同一材質からなる半導体ウエーハを支持体４とすれば、剛性等の物性が同じであり、研削されるウエーハ１との熱膨張率の差がないため研削中に熱が生じても発生する応力を最小限に抑えることができ、ワレにつながるおそれが少ない。さらに同じ材質であれば、不純物となる心配もないという利点もある。
【００１８】
また、支持体４の貼り合わせ面に関しては、前記パターン付きウエーハ１の表面より大きい支持体４を使用することが好ましい。このように支持体４の貼り合わせ面が大きければ、パターン付きウエーハ１の表面全体を支持体４と容易かつ確実に貼り合わせることができる。特に面取りが存在するウエーハ外周部では、貼り合わせが不完全になり易いが、大きい支持体を用いればこのようなこともない。また、ウエーハ１の中心位置が多少ずれたとしても未接着部分が残ることもなく、ウエーハ全体を確実に均一に薄型化することができるほか、作業時間が短縮されて効率的にウエーハ１の薄型化を行うことができる。
【００１９】
また、接着層３としては研削加工中に剥離を起こさず、かつ研削後に容易に剥離できるものであれば特に限定されないが、加熱により剥離できるものが好ましい。このように加熱剥離できるものとしては、例えばワックス、熱剥離性接着剤、または熱剥離性の両面接着シートを使用できる。特に、熱剥離性両面接着シートは取り扱いが容易であり、均一性に優れているためウエーハを極めて均一に研削することができる。なお、熱剥離性であれば特に両面接着シートに限定されず、両面接着テープ等も使用できる。
ただし、上記のように加熱により剥離する熱剥離性両面接着シート等を用いる場合、研削中に発生する熱では剥離が生じないようなもの、並びにその研削条件を選ぶ必要がある。
【００２０】
また、半導体ウエーハ表面の半導体素子２の一部には不良を示すバッドマーク９が付されている場合があるが、上記のように熱剥離性両面接着シート３を用いれば、容易に剥離することができる上、熱剥離後ウエーハ表面に接着層が残留することないので洗浄する必要が無く、バッドマーク９が消えてしまうこともない。
【００２１】
本発明による薄型化の工程を以下に説明する。まず、マイクロメータ等を用いてパターン付きウエーハ１の厚さを測定し（図２（Ａ））、次いで接着層３を介してパターン付きウエーハ１と支持体４を貼り合わせて一体化し、接合体５とする（図２（Ｂ））。貼り合わせる手順は特に限定されないが、パターン付きウエーハ１の表面に接着層３を接着させ、次いで該接着層３を介して支持体４に貼り合わせることで、容易に接合体５とすることができる。なお、研削工程で剥離が生じないように接着力を高めるため、必要に応じて接着層３の剥離温度より低温で加温プレスを行い、さらに数分〜数十時間放置することでより確実に一体化することもできる（図２（Ｃ））。
【００２２】
次に、前記接合体５の厚さを測定し、研削代を設定した後（図２（Ｄ））、研削装置を用いてパターン付きウエーハ１の裏面を研削する（図２（Ｅ））。研削装置としては、通常ウエーハの表面を片面研削する際に使用される平面研削盤等を用いることができる。例えば、接合体５の支持体側をチャックテーブルに真空吸着等により固定し、回転砥石等によりウエーハ１の裏面を平面研削する。
【００２３】
上記のように研削されたウエーハ１は、必要に応じて裏面をさらに研磨することもできる（図２（Ｇ））。この場合も通常の半導体ウエーハの研磨装置を使用することができ、予め接合体５の厚さを測定して研磨代を設定しておけばよい（図２（Ｆ））。
なお、熱剥離性両面接着シート等を使用した場合、前記したように、研削、あるいは研磨中の発熱による剥離を防ぐため、研削液（クーラント）供給量、砥石回転数、並びに砥石送り速度等の条件を適宜設定すればよい。
【００２４】
研削後、さらに必要に応じて研磨した後、粗洗浄し（図２（Ｈ））、接合体の厚さを測定する（図２（Ｉ））。さらに薄型化する必要があれば、再び研削、あるいは研磨して厚さを調整することもでき、例えば、径が６〜８インチのウエーハであっても、破損することなく、その厚さを１２０μｍ以下にすることができる。
【００２５】
前記のように所望の厚さまでウエーハ１を薄型化した後、該ウエーハ１を支持体４から剥離する（図２（Ｊ））。剥離する方法としては使用する接着層３により異なるが、前記したようにワックス、熱剥離性接着剤、あるいは熱剥離性両面接着シートであれば、これらが溶解する溶液に浸漬したり、それらの熱剥離温度に加熱することで容易に剥離することができる。特に、熱剥離性両面接着シート３に関しては、基材６を挟んで熱剥離温度が両面で異なるもの、あるいは高温で両面の接着力が異なるものを使用し、例えば、熱剥離温度が高い方の面（高温熱剥離面）８を支持体４に貼り付け、低い方の面（低温熱剥離面）７をパターン付きウエーハ１に貼り付けることで、支持体に両面接着シート３が貼着されたまま、薄型化されたウエーハ１を加熱剥離することができる。
薄型化されたウエーハ１は、小さな応力により破損し易くなっているが、上記のように加熱するだけでウエーハ１を剥離することができるため、ワレ、欠け等が生じるおそれもほとんど無い。
【００２６】
加熱剥離されたウエーハは、接着層としてワックスあるいは熱剥離性接着剤を使用した場合、これらの接着層がウエーハ表面に残留している場合があるため、必要に応じて洗浄液や純水等を使用して洗浄を行う（図２（Ｋ））。一方、熱剥離性両面接着シートを使用した場合、ウエーハ表面には接着剤等が残留することがほとんど無いため、洗浄を省略することが可能で、洗浄工程において破損が生じるというおそれもない。なお、ウエーハを加熱剥離後、両面接着シートが接着したままの支持体は、そのまま新たに薄型化するウエーハと貼り合わせて繰り返し使用することができるが、支持体からもシートを剥がして洗浄し、研削するウエーハ毎に新たな両面接着シートを使用してもよい。
【００２７】
以上説明した工程に従って薄型化を行うことにより、研削工程、あるいは剥離工程においてワレ、欠け等の破損を発生させることなく厚さが１２０μｍ程度、あるいはそれ以下まで薄型化を行うことができ、従来のものよりさらに薄型化された半導体ウエーハを低コストで得ることができる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
表面に半導体素子が形成されている６インチのシリコンウエーハ（パターン付きウエーハ）の表面を熱剥離性両面接着シートを介してシリコンウエーハに貼り付けて接合体とした。次いで、平面研削機を用いてパターン付きウエーハの厚さが１０５±１５μｍとなるようにその裏面を平面研削した後、ウエーハを加熱剥離し、その厚さを測定した。研削加工前のウエーハの厚さと研削により薄型化したウエーハの厚さを表１に示した。なお、研削条件としては、♯２０００ＳＴＤの砥石を用い、砥石回転数：５０００ｒｐｍ、砥石送り速度：０．４μｍ／ｍｉｎとした。また、熱剥離性両面接着シートとして日東電工社製のリバアルファ（基材厚さ：５０μｍ、熱剥離温度：１２０℃）を使用した。
【００３０】
【表１】
Figure 0003768069
【００３１】
前記表１から明らかなように、研削後のパターン付きウエーハはいずれも規格範囲内（１０５±１５μｍ）にあり、ワレ、欠け等が生じることなく１２０μｍ以下、特には１００μｍ以下に薄型化することができた。また、熱剥離後、洗浄する必要もなく、バットマークもそのまま残っていた。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３３】
前記実施態様で説明した薄型化の工程は単なる一例であって、一部の工程を省略、入れ替え、あるいは追加することもできる。例えば、（Ｃ）加温プレス、（Ｆ）厚さ測定／研磨代設定、（Ｇ）ウエーハ裏面研磨等の工程は任意であり、接着層として熱剥離性両面接着シートを用いれば、（Ｋ）洗浄も省略可能である。また、実施例では、６インチのパターン付きウエーハを研削して薄型化したが、本発明では６インチ未満のものはもとより、６インチより大きい８インチあるいはそれ以上のウエーハを薄型化する場合にも適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、表面に半導体素子が形成された半導体ウエーハの表面を接着層を介して支持体に貼り合わせてウエーハの裏面を研削し、特に接着層として加熱剥離するものを用いた場合には研削後、加熱することで容易に剥離することができる。従って、研削工程、あるいは剥離工程においてワレ、欠け等の破損を発生させることなく、従来のものよりさらに薄型化でき、厚さが１２０μｍ程度、あるいはそれ以下の半導体ウエーハを低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により薄型化される半導体ウエーハを支持体に貼り合わせた断面を示す模式図である。
【図２】本発明により半導体ウエーハを薄型化する工程の一例を示すフロー図である。
【符号の説明】
１…パターン付きウエーハ、 ２…半導体素子（回路パターン）、
３…接着層（熱剥離性両面接着テープ）、 ４…支持体、 ５…接合体、
６…基材、 ７…高温熱剥離面、 ８…低温熱剥離面、 ９…バッドマーク。

Claims (4)

  1. 表面に半導体素子が形成されている半導体ウエーハの裏面を研削することにより薄型化する方法において、前記半導体ウエーハの表面を、熱剥離温度が両面で異なる熱剥離性両面接着シート又は熱剥離性両面接着テープを介して支持体に貼り合わせ、該支持体を保持した状態で前記半導体ウエーハの裏面を研削した後、該薄型化された半導体ウエーハを前記支持体から加熱により剥離することを特徴とする半導体ウエーハの薄型化方法。
  2. 前記支持体が、半導体ウエーハ、ガラス基板、またはセラミックス基板からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエーハの薄型化方法。
  3. 前記支持体の貼り合わせ面が、前記半導体ウエーハの表面より大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄型化方法。
  4. 前記表面に半導体素子が形成されている半導体ウエーハの厚さが１２０μｍ以下になるまで研削することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の薄型化方法。
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