JP4930679B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体形成用基板上に半導体回路が形成されてなる半導体素子の製造方法に関する。より詳しくは、半導体形成用基板の割れ、欠けなどによる不良が少なく、歩留まりを高くできる半導体素子の製造方法に関する。

半導体素子は、シリコンウエハなどの半導体形成用基板（以下、単に「基板」ということがある）上に半導体回路を形成し、次いでこれをダイシングにより微細な素子に分割して製造されている。半導体回路の形成は、レジストによるパターニング、ＣＶＤ、エッチングなどの複数の工程を経て行われる。
近年、半導体素子の生産性向上のために基板の大型化が進められているが、それに伴い、厚い基板を用いる必要が生じている。すなわち、大型で薄い基板は強度が不足しているので、前記半導体回路の形成における各工程間で基板を搬送する際に真空吸着で基板を固定するときや、ダイシングのときにかかる応力により基板に割れ、欠け、反りなどの損傷が生じるという問題があった。

半導体回路形成時の基板の損傷を防止するために、厚い基板を用いて半導体回路を形成し、次いで半導体素子として好適な薄さにするために該基板の回路を形成していない側の面を研磨する方法が知られている。例えば、基板として直径３００ｍｍのシリコンウエハを用いる場合、１．５〜２ｍｍ程度の厚さの基板を用いて回路を形成し、その後厚さが０．５ｍｍ以下になるように研磨している。次いで、基板に粘着シートを接着して補強した後にダイシングすることでダイシング時の基板損傷を防止し、該粘着シートを剥離して半導体素子を得ている。しかしこの方法では工程が煩雑で生産性が低く、また基板が研磨の際に損傷する場合があった。さらに粘着シートの接着に用いる接着剤が基板に残留して半導体素子の固定不良が生じるという問題があった。

支持基板上に特定の接着剤を用いて形成した接着層を介して基板を着設し、該基板に半導体回路を形成した後に、支持基板ごとダイシングし、次いで支持基板を剥離して半導体素子を得る方法も開示されている（特許文献１）。しかしこの方法でも接着剤が基板に残留するおそれがあった。また、接着層に残留した溶剤が半導体回路の形成時に揮発して基板を汚染し、不良の原因となる場合があった。

特開２００５−３０２８０５号公報

本発明の目的は、基板を汚染せず、かつ基板の割れ、欠けなどによる不良の発生が少ない、歩留まりを高くできる半導体素子の製造方法を提供することにある。

本発明者らは鋭意検討の結果、プラズマ照射またはコロナ放電により表面処理を行った樹脂フィルムを基板と圧着して用いると、基板の割れや反りを防止できることを見出した。また、圧着された樹脂フィルムは水に浸漬することで容易に基板から剥離できることを見出し、これらの知見に基づき本発明を完成するに到った。

かくして本発明の第一によれば、樹脂フィルムにプラズマ照射またはコロナ放電を行う表面処理工程、半導体形成用基板の一方の面に前記樹脂フィルムの表面処理された面を重ね合わせて圧着する圧着工程、該半導体形成用基板の他方の面に半導体回路を形成する回路形成工程、および半導体形成用基板から前記樹脂フィルムを剥離する剥離工程を有する半導体素子の製造方法が提供される。
上記の製造方法において、表面処理工程の後、圧着工程の前に、該樹脂フィルムの表面処理された面をさらにシランカップリング剤で処理する工程を含むことが好ましい。
前記樹脂フィルムの剥離は、前記半導体形成用基板を極性溶剤に浸漬して行うことが好ましい。
前記樹脂フィルムを構成する樹脂は、脂環式構造含有重合体樹脂であることが好ましい。

本発明の製造方法によれば、高い歩留まりで半導体素子を製造することができる。本発明の製造方法は基板の研磨が不要なので基板材料の使用量が少なく、工程が簡便であり生産性に優れる。本発明の方法で得られる半導体素子は、ＣＭＯＳ、ＭＯＳＦＥＴなどの用途に好適に用いることができる。

本発明の半導体素子の製造方法は、樹脂フィルムにプラズマ照射またはコロナ放電を行う表面処理工程、半導体形成用基板の一方の面に前記樹脂フィルムの表面処理された面を重ね合わせて圧着する圧着工程、該半導体形成用基板の他方の面に半導体回路を形成する回路形成工程、および半導体形成用基板から前記樹脂フィルムを剥離する剥離工程を有する。以下、工程ごとに詳細に説明する。

（表面処理工程）
本発明における表面処理工程は、樹脂フィルムにプラズマ照射またはコロナ放電を行う工程である。樹脂フィルムを構成する樹脂は、フィルムを形成可能なものであれば特に限定されない。具体的には、脂環式構造含有重合体樹脂；ポリエチレンおよびポリプロピレンなどの鎖状のポリオレフィン樹脂；ポリスチレンなどの芳香族ビニル重合体樹脂；ナイロンなどのポリアミド樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネートおよびポリアリレートなどのポリエステル樹脂；ポリイミド樹脂；ポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂；などが挙げられる。

中でも、水や有機低分子などの放出分が少なく、基板の汚染が少ないので、脂環式構造含有重合体樹脂が好ましい。脂環式構造含有重合体樹脂は、脂環式構造を有する繰り返し単位を含有する重合体（脂環式構造含有重合体）からなる樹脂である。かかる重合体の具体例としては、ノルボルネン系重合体、単環シクロアルケンの付加重合体、ビニルシクロアルカンの重合体などが挙げられる。また、脂環式構造としては、単環、多環（縮合多環、橋架け環、これらの組み合わせ多環など）が挙げられる。脂環式構造を構成する炭素原子数は、通常、４〜３０個、好ましくは５〜２０個、より好ましくは５〜１５個の範囲である。脂環式構造の炭素数が上記範囲であると、機械的強度、耐熱性および成形性の諸特性が高度にバランスされ好適である。脂環式構造を有する繰り返し単位の割合は通常２０〜１００重量％、好ましくは３０〜１００重量％である。脂環式構造を有する繰り返し単位の割合が過度に少ないと、耐熱性に劣る場合がある。脂環式構造を有する繰り返し単位以外の繰り返し単位は、使用目的に応じて適宜選択される。

ノルボルネン系重合体は、ノルボルネン環構造を有する単量体の付加重合体もしくは開環重合体、またはこれらの水素化物である。単環シクロアルケンの重合体は、単環シクロアルケン単量体もしくは脂環式共役ジエン単量体の付加重合体、またはこれらの水素化物である。ビニルシクロアルカンの重合体は、ビニルシクロアルカンもしくはビニルシクロアルケンの重合体、またはこれらの水素化物、あるいは芳香族ビニル重合体の芳香環部分の水素化物である。これらの脂環式構造含有重合体は、上記各単量体と、共重合可能な他の単量体との共重合体であってもよい。脂環式構造含有重合体はさらにヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシル基、エポキシ基、グリシジル基、オキシカルボニル基、カルボニル基、アミノ基、エステル基、およびカルボン酸無水物基などの極性基を有していてもよいが、極性基を有さないものが好ましい。これらの脂環式構造含有重合体の中で、ノルボルネン環構造を有する単量体の開環重合体およびその水素化物が好ましい。脂環式構造含有重合体を得るための重合方法、および必要に応じて行われる水素化の方法は、格別な制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。

樹脂フィルムの厚さは特に限定されず、基板の大きさや厚さに応じて適宜選択され、通常１００〜８００μｍ、好ましくは３００〜５００μｍである。

表面処理工程では、上記の樹脂フィルムの少なくとも一方の面にプラズマ照射またはコロナ放電することで、表面処理を行う。中でも、均一に表面処理を行うことが可能なのでプラズマ照射が好ましく、常圧プラズマ照射がより好ましい。常圧プラズマ照射は、水素、ヘリウム、窒素、酸素、アルゴンから選択される少なくとも１種から選択されるガス雰囲気下で行うことが好ましく、窒素と乾燥空気または酸素とを混合して用いることがより好ましい。窒素の流量は好ましくは５０〜１５０ＮＬ／分、乾燥空気または酸素の流量は好ましくは０．１〜５ＮＬ／分である。プラズマ照射の出力は０．５〜２ｋＷであることが好ましい。プラズマ照射の周波数は出力に対応した共振周波数であることが好ましく、具体的には１０〜１００ＫＨｚの範囲が好ましい。プラズマ照射の照射速度は１〜１００ｃｍ／分で行うことが好ましい。プラズマ発生源と樹脂フィルムとの距離は１〜１０ｍｍの間が好ましい。

また、プラズマ照射を減圧下で行うときは、０．００１〜１０ｋＰａ（絶対圧）の低圧ガス（アルゴン、酸素、窒素など）を用いてプラズマ処理を行うことが好ましい。低圧ガスとしては、窒素と酸素との混合ガスを用いることが特に好ましい。窒素と酸素との混合比は体積比で１０：１〜１：１０であることが好ましく、混合ガスの流量は０．１〜１０ＮＬ／分であることが好ましい。プラズマ照射の出力は好ましくは５０〜５００Ｗである。

コロナ放電は、乾燥空気雰囲気下で行うことが好ましく、その流量は１０〜１００ＮＬ／分であることが好ましい。コロナ放電の出力は好ましくは２５０〜１０００Ｗ、放電電量は好ましくは２０〜５５０Ｗ・分／ｍ^２である。

（シランカップリング剤で処理する工程）
上記表面処理された樹脂フィルムは、そのまま基板と圧着しても十分な密着力を有するが、圧着工程の前に、該樹脂フィルムの上記表面処理工程で表面処理された面をシランカップリング剤で処理する工程をさらに含むことが好ましい。シランカップリング剤で処理された樹脂フィルムを用いることで、樹脂フィルムと基板との密着力をさらに高めることができる。

シランカップリング剤としては、公知のものをいずれも用いることができる。具体的には、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのエポキシ基を有するもの、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどのイソシアネート基を有するもの、３−アミノプロピルトリエトキシシランなどのアミノ基を有するものなどが挙げられる。

シランカップリング剤で処理する方法としては、樹脂フィルムの表面にシランカップリング剤を塗布する塗布法でもよいが、乾燥が不要で簡便な工程で行えるのでベーパー処理法が好ましい。ベーパー処理法は、シランカップリング剤を揮発させ、樹脂フィルムを気化したシランカップリング剤の雰囲気下に置くことで表面処理する方法である。具体的方法としては、例えば、密閉容器内をシランカップリング剤の飽和蒸気で満たし、該容器内に樹脂フィルムを入れて放置すればよい。ベーパー処理法での処理温度は、用いるシランカップリング剤の揮発性に応じて適宜選択され、通常１０〜４０℃、好ましくは２０〜３０℃である。処理時間は、通常６０〜６００秒、好ましくは１８０〜３００秒である。

樹脂フィルムには、本発明の効果を損なわない範囲で、他の公知の接着剤を少量塗布して用いてもよい。しかし本発明の方法によれば、接着剤を使用しない場合でも樹脂フィルムと基板とを強固に密着させることができるので、通常は接着剤の使用は不要である。

（圧着工程）
圧着工程では、半導体形成用基板の一方の面に前記樹脂フィルムの表面処理された面を重ね合わせて圧着する。基板としては、シリコンウエハ基板、マスク原板、フォトマスク、磁気ディスク基板および液晶ディスプレイ基板などが挙げられる。中でも、メモリー等の生産における歩留まりの向上効果が大きいのでシリコンウエハ基板が好ましい。

基板は、通常円形または矩形の薄板である。基板の厚さは、基板の材質およびその大きさ、すなわち上記円または矩形の面積により適宜選択される。例えば、基板として直径１５０〜５００ｍｍのシリコンウエハ基板を用いる場合、その厚さは、通常０．１〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１ｍｍ、より好ましくは０．３〜０．７ｍｍである。

圧着の方法は特に限定されず、公知の方法をいずれも採用できるが、例えば、樹脂フィルムの表面処理された面を基板に接するように重ね合わせ、加圧ラミネータ、プレス、真空ラミネータ、真空プレス、ロールラミネータなどの加圧機を使用して加圧し、圧着する方法が挙げられる。加圧時の圧力は、通常０．１〜１０ＭＰａ、好ましくは０．５〜３ＭＰａである。加圧の時間は、通常１〜３０分、好ましくは５〜１０分である。

圧着は、加熱下に行うことが好ましい。加圧と同時に加熱することで、樹脂フィルムと基板との密着力をさらに高めることができる。加圧時の温度は、通常７０〜１５０℃、好ましくは１００〜１２０℃である。

（回路形成工程）
回路形成工程は、上記により樹脂フィルムが一方の面に圧着された基板の、樹脂フィルムが圧着していない側の面（他方の面）に半導体回路を形成する工程である。回路形成工程は、通常複数の小工程からなる。該小工程としては、レジストによるパターニング、ＣＶＤ、エッチング、平坦化成膜などが挙げられる。

工業的に自動化された半導体素子製造プロセスにおいては、通常、これらの小工程の他に、搬送工程を有する。搬送工程は、一の小工程を経た基板を、必要に応じ容器に収納し、次の小工程に供するために搬送する工程である。本発明の方法によれば、基板と樹脂フィルムが強固に密着しているので、基板の搬送、容器への収納および容器からの取り出しにおいて、樹脂フィルムの剥がれやずれが抑制され、基板の損傷を防止することができる。本発明の方法は、特に、搬送工程において真空吸着により基板を保持して取り扱う場合に好適である。

本発明の製造方法では、上記小工程（搬送工程を含む）の内、一部の工程は、基板から樹脂フィルムが剥離された状態で行ってもよい。すなわち、上記圧着工程により基板と樹脂フィルムは強固に密着しているが、後述する剥離工程と同様の操作により該樹脂フィルムは基板から容易に剥離することができる。したがって、必要に応じ小工程毎に樹脂フィルムの圧着と剥離を繰り返すことで、所望の半導体素子に応じた最適な製造プロセスとすることが可能である。

（ダイシング）
回路形成工程により半導体回路が形成された基板は、ダイシングにより個々の半導体素子に分割される。ダイシングの方法に特に限定はなく、公知のダイシング装置をいずれも用いることができる。ダイシングは、後述する剥離工程により樹脂フィルムを基板から剥離した後に行ってもよいが、樹脂フィルムが基板に密着した状態で該樹脂フィルムと共に切断するフルカット法が好ましい。フルカット法でダイシングすることで、ダイシング時の基板の損傷を防止することができる。

（剥離工程）
剥離工程は、上記により半導体回路が形成された基板から樹脂フィルムを剥離する工程である。剥離の方法は特に限定されず、例えば前記樹脂フィルムを溶解可能な有機溶剤に樹脂フィルムを溶解させて除去する方法が挙げられるが、基板を極性溶剤に浸漬して剥離する方法が、簡単な操作でかつ基板の損傷を防止できるので好ましい。極性溶剤としては、前記樹脂フィルムが不溶な溶剤が好ましい。極性溶剤の具体例としては、水；メタノール、エタノールおよびプロピルアルコールなどのアルコール類；アセトン、メチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケトンなどのケトン類；ジエチルエーテルおよびテトラヒドロフランなどのエーテル類；酢酸メチルおよび酢酸エチルなどのエステル類；１，２−ジクロロエタンおよびクロロホルムなどのハロゲン化炭化水素；などが挙げられる。中でも、安全性に優れ、作業環境への悪影響が少ないので、水が好ましい。また、水より揮発性の高い極性溶剤を単独で、または水と混合して使用し、乾燥時間を短くすることもできる。

上記の圧着工程により樹脂フィルムが圧着された基板を極性溶剤に浸漬すると、樹脂フィルムは自然に剥離する。極性溶剤への浸漬時間は、通常数分〜５０時間である。極性溶剤は加温して使用し、浸漬時間を短縮してもよい。また、極性溶剤に超音波振動を付与すると、浸漬時間をさらに短縮できるので好ましい。超音波振動を付与する場合の基板の極性溶剤への浸漬時間は、通常１０〜１２００秒、好ましくは２００〜６００秒である。超音波の振動数は好ましくは２０〜８０ＫＨｚ、より好ましくは４０〜６０ＫＨｚである。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例における部および％は、特に断りのない限り重量基準である。

（実施例１）
ノルボルネン系重合体（ゼオノア１４３０Ｒ；日本ゼオン社製）のペレットを、温度２４０℃の短軸押出機で溶融し、温度２４０℃のＴ型ダイから溶融押出しして、厚さ５００μｍの樹脂フィルムを得た。この樹脂フィルムを直径３００ｍｍの円形に切り出した後、常圧プラズマ表面処理装置（ＡＰ−Ｔ０３；積水化学社製）を用いて出力１．５ｋｗ、窒素ガス流量５０Ｌ／分、照射速度５０ｃｍ／分で大気圧プラズマ照射を行った。次いで、このフィルムの大気圧プラズマ照射された面に直径３００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのシリコンウエハ基板を重ね合わせ、真空ラミネータ（名機製作所社製）を用いて温度１２０℃、圧力０．１ＭＰａで５分間加熱圧着を行い、一方の面に樹脂フィルムが強固に密着した基板を得た。

この基板の他方の面に、熱酸化膜法によりＳｉＯ_２からなる酸化膜を製膜した。次いで、レジストを用いてパターニングし、ここに不純物としてホウ素をドープし、ＣＶＤ法により素子分離を行い酸化膜を成長させた。さらにこの上に絶縁膜層をＣＶＤ法により成膜し、コンタクトホールを空け配線を形成し、半導体回路を形成した。

半導体回路を形成した基板を、ダイシングソー（ＤＦＤ６３６１；ディスコ社製）を用いてパラレルデュアル方式でダイシングして個々の素子に分割した。次いで、得られた素子を水に浸漬し、超音波振動を付与すると、樹脂フィルムが素子から剥離した。こうして得られた半導体素子の中で、割れやクラックなどの損傷による不良が見られたものは、７％であった。

（実施例２）
シランカップリング剤として３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＫＥ９０３：信越化学社製）を密閉容器内に少量入れ、容器内をシランカップリング剤の蒸気で飽和状態にした。ここに、実施例１と同様にして大気圧プラズマ照射により表面処理した樹脂フィルムを入れ、シランカップリング剤の液面が樹脂フィルムに触れないようにして５分間保持した。こうしてベーパー処理法によりシランカップリング剤で処理された樹脂フィルムを用いた他は、実施例１と同様にしてシリコンウエハ基板との圧着、半導体回路の形成、ダイシング、および樹脂フィルムの剥離を行い、半導体素子を得た。得られた半導体素子の中で、割れやクラックなどの基板の損傷による不良が見られたものは、５％であった。

（比較例１）
基板として直径３００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのシリコンウエハ基板を用い、樹脂フィルムの圧着を行わなかった他は、実施例１と同様にして基板の一方の面に半導体回路を形成した。次いで、この基板の半導体回路を形成していない面をフルオートマチックグラインダー（ＤＦＧ８５６０；ディスコ社製）を用いて研磨し、基板の厚さを０．５ｍｍとした。これを実施例１と同様にしてダイシングし、半導体素子を得た。得られた半導体素子の中で、割れやクラックなどの損傷による不良が見られたものは、２１％であった。

（比較例２）
実施例１と同様にして溶融押出しで得た樹脂フィルムにプラズマ照射を行わず、代わりに樹脂フィルムの一方の面に接着剤（ＵＶＺ１０８；日本ゼオン社製）１０ｇをバーコーターで塗布し、次いで紫外線照射を行って接着剤層を形成した。樹脂フィルムの接着剤層を形成した面に直径３００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのシリコンウエハ基板を重ね合わせ、実施例１と同様にしてシリコンウエハ基板との圧着を行った。引き続きこの基板を用いて実施例１と同様にして半導体回路の形成、およびダイシングを行った。次いで、得られた素子をアセトンとトルエンとの混合溶媒（混合比は重量比で１：１）に浸漬し、超音波振動を付与して樹脂フィルムを剥離し、半導体素子を得た。得られた半導体素子の中で、割れやクラックなどの基板の損傷による不良が見られたものは、２０％であり、樹脂フィルムの剥離が不完全で不良となったものは２４％であった。

以上の実施例および比較例より明らかなように、本発明の製造方法によれば、割れやクラックなどの損傷による不良の少ない半導体素子を得ることができる。

Claims (4)

1. 脂環式構造含有重合体樹脂で構成された樹脂フィルムにプラズマ照射を行う表面処理工程、
   半導体形成用基板の一方の面に前記樹脂フィルムの表面処理された面を重ね合わせて圧着する圧着工程、
   該半導体形成用基板の他方の面に半導体回路を形成する回路形成工程、および
   半導体形成用基板から前記樹脂フィルムを、水に浸漬して剥離する剥離工程を有する半導体素子の製造方法。
2. 脂環式構造含有重合体樹脂で構成された樹脂フィルムにプラズマ照射を行う表面処理工程、
   半導体形成用基板の一方の面に前記樹脂フィルムの表面処理された面を、接着剤を介さずに重ね合わせて圧着する圧着工程、
   該半導体形成用基板の他方の面に半導体回路を形成する回路形成工程、および
   半導体形成用基板から前記樹脂フィルムを、水に浸漬して剥離する剥離工程を有する半導体素子の製造方法。
3. 前記表面処理工程の後、圧着工程の前に、該樹脂フィルムの表面処理された面をさらにシランカップリング剤で処理する工程を含む、請求項１又は２記載の製造方法。
4. 前記剥離工程が、超音波振動が付与された環境化で行われることを特長とする請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。