JP4942358B2 - 固定キャリア - Google Patents

Description

本発明は、研削液を用いたバックグラインドにより薄片化される半導体ウェーハを固定する固定キャリアに関するものである。

半導体ウェーハは、半導体製造の前工程では反らないように、例えば３００ｍｍタイプの場合には、約７７５μｍの厚さにされているが、この肉厚のままでは、薄片化が必要な近年の半導体パッケージには適さないので、バックグラインド工程と呼ばれる工程において裏面の研削処理で、場合により１００μｍ以下に薄くされ、その後、ダイシング工程で個々のチップに分離される。

半導体ウェーハのバックグラインド工程においては、先ず、半導体ウェーハのパターン形成面を保護するために柔軟な保護シート（ＢＧシートともいう）を貼着してその大きさが半導体ウェーハよりも僅かに大きくなるようカットし、半導体ウェーハをバックグラインド装置にセットしてそのチャックテーブルを回転させ、研削装置の作業領域に半導体ウェーハを配置して位置決めする。

保護シートは、例えばＥＶＡや軟質ＰＶＣを基材とした５０〜２００μｍの厚さを有する耐溶剤性のフィルムに、アクリル系、ウレタン系、ブタジエン系、シリコーン系の粘着層が１０〜６０μｍの厚さで積層されることにより形成され、使い捨て品として使用後に再使用されることなく廃棄される。

研削装置の作業領域に半導体ウェーハを配置して位置決めした後、半導体ウェーハの裏面を回転砥石で研削液を介して研削し、その後、半導体ウェーハの裏面を化学薬品により約１μｍ程度エッチングして研削に伴うダメージ層を除去することにより、半導体ウェーハを薄片化する（特許文献１参照）。

こうして半導体ウェーハを薄片化した後、半導体ウェーハのエッチングされた裏面を中空のキャリア治具にダイシング工程で使用される粘着テープ、具体的にはＵＶテープを介して固定するとともに、半導体ウェーハのパターン形成面から保護シートを剥離し、キャリア治具に支持された半導体ウェーハをブレードと呼ばれる砥石により個々のチップに分離する。

ところで、半導体ウェーハのバックグラインド工程は、以上のように半導体ウェーハのパターン形成面に保護シートを一枚毎に貼着し、使用後に保護シートを廃棄処分するので、廃棄物の大量発生を抑制することができないという大きな問題がある。この問題を解消するため、出願人は、繰り返して使用することが可能な固定キャリアを提案している。
特開２００５‐９３８８２号公報

出願人が提案した固定キャリアは、以上のように繰り返して使用することができるので、使用後に保護シートを廃棄処分する必要が全くなく、廃棄物の大量発生を抑制することができる。
しかしながら、出願人は、係る効果のみに満足することなく、固定キャリアに様々な改良を施して付加価値を付け、技術の飛躍的進歩を刺激することを欲している。具体的には、バックグラインド工程時に固定キャリアと半導体ウェーハとの間に研削液が浸入するおそれが考えられるので、これを未然に抑制防止することを望んでいる。

この点について説明すると、固定キャリアに半導体ウェーハをセットする際に位置がずれると、半導体ウェーハの周縁部の上方からの回転砥石の荷重に対し、固定キャリア側の応力にムラが発生するので、バックグラインド工程で半導体ウェーハの周縁部が部分的に大きく振動し、その結果、振動部分が固定キャリアから僅かに剥離し、固定キャリアと半導体ウェーハとの間に研削液が浸入するおそれが考えられる。

本発明は上記に鑑みなされたもので、半導体ウェーハをセットする際に多少位置がずれても、バックグラインド工程で半導体ウェーハの周縁部が部分的に振動して剥離したり、研削液が浸入するおそれを抑制することのできる固定キャリアを提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、研削液と回転砥石とを用いたバックグラインドにより薄片化される半導体ウェーハ用のものであって、
剛性を有し、半導体ウェーハよりも大きい基板と、この基板の表面周縁部を除く表面の大部分に凹み形成される平面円形の凹み穴と、この凹み穴内に並設される複数の支持突起と、基板の表面周縁部と複数の支持突起とに平坦に接着されて凹み穴を被覆し、半導体ウェーハを着脱自在に粘着保持する変形可能な薄膜の粘着層と、負圧源の駆動に基づいて粘着層に被覆された凹み穴内の気体を外部に導き、複数の支持突起に応じて粘着層を変形させる排気路とを含み、
凹み穴の周縁部を半導体ウェーハの周縁部に粘着層を介して対向させ、各支持突起を円柱形に形成し、凹み穴の周縁部から内方向に、粘着層に接着する複数の櫛歯を突出させ、この複数の櫛歯を凹み穴の周縁部周方向に所定のピッチで配列するとともに、隣接する複数の櫛歯間に隙間を形成し、複数の櫛歯により、バックグラインド時における半導体ウェーハの周縁部の部分的な振動を抑制するようにしたことを特徴としている。

ここで、特許請求の範囲における半導体ウェーハは、口径２００ｍｍタイプや３００ｍｍタイプ等を特に問うものではない。この半導体ウェーハには、結晶方位を判別したり、整列を容易化するオリフラやノッチが適宜形成される。また、固定キャリアやその基板は、平面視で円形、楕円形、矩形、多角形等に形成することができる。

複数の支持突起は、凹み穴に規則的に配列されるものでも良いし、不規則に配列されるものでも良い。この複数の支持突起は、凹み穴と一体構造でも良いし、別体の構造にすることもできる。

本発明によれば、半導体ウェーハの周縁部に略対向する固定キャリアの対向部に抑制体である複数の櫛歯が存在し、この複数の櫛歯が凹み穴の周縁部から内方向に突出するので、固定キャリアの粘着層に半導体ウェーハをセットする際に多少位置がずれたとしても、半導体ウェーハの周縁部を略均一に固定することができる。

本発明によれば、固定キャリアに半導体ウェーハをセットする際、多少位置がずれたとしても、バックグラインド工程で半導体ウェーハの周縁部が部分的に振動して剥離したり、研削液の浸入を抑制することができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における固定キャリア１は、図１ないし図５に示すように、剛性を有する基板２と、この基板２の表面に設けられる凹み穴３と、この凹み穴３に設けられる複数の支持突起５と、凹み穴３を被覆して半導体ウェーハＷを着脱自在に粘着保持する変形可能な粘着層６と、真空ポンプ８の駆動に基づいて粘着層６に被覆された凹み穴３内の空気を外部に導く排気路７とを備え、凹み穴３の周縁部４に、半導体ウェーハＷの振動を抑制する抑制体１０を設け、研削液を用いたバックグラインド装置２０のバックグラインドにより薄片化される半導体ウェーハＷを固定するよう機能する。

基板２は、所定の材料を使用して０．５〜２．０ｍｍ程度の厚さを有する平坦な薄板に形成され、半導体ウェーハＷよりも大きい平面円形とされる。この基板２の材料としては、例えばアルミニウム合金、マグネシウム合金、ステンレス等の金属材料、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリル、ポリ塩化ビニル等の樹脂成形材料、ガラスがあげられる。

基板２の厚さは０．５〜２．０ｍｍの範囲、好ましくは１．０ｍｍ程度とされるが、これは、基板２の厚さが０．５ｍｍ未満の場合には、薄片化された半導体ウェーハＷのハンドリング時に半導体ウェーハＷが撓んだり、折曲して破損するからである。逆に、基板２の厚さが２．０ｍｍを超える場合には、ウェーハカセット等に対する出し入れ時に引っかかり、支障を来たすからである。

凹み穴３は、図２に示すように、基板２の表面周縁部を除く大部分に浅く凹み形成されるとともに、半導体ウェーハＷに対応する大きさの平面円形に形成され、周縁部４が半導体ウェーハＷの周縁部に粘着層６を介して対向する。この凹み穴３は、０．０５〜０．５ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍの深さに形成され、その底面には、粘着層６を下方から支持する複数の支持突起５が並設される。

複数の支持突起５は、図２や図３に示すように、例えば凹み穴３の底面に成形法、サンドブラスト法、エッチング法等により間隔をおき規則的に配列され、各支持突起５が凹み穴３の深さと略同じ高さ、長さの円柱形に形成される。

粘着層６は、例えばエチレン‐メチルメタクリレート、シリコーンゴム、ウレタン系エラストマー、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＰＥ）、エチレン−メチルメタアクリレート共重合物、オレフィン系熱可塑性エラストマー、プロピレン−オレフィン共重合物、アクリル系粘着剤／オレフィン系基材のエラストマーフィルム等を使用して半導体ウェーハＷよりも大きい平面円形の薄膜に成形され、基板２の表面周縁部に接着されるとともに、複数の支持突起５と抑制体１０の平坦な表面にそれぞれ接着されており、凹み穴３を被覆してその底面との間に空気流通用の空間を区画する。

排気路７は、図２に示すように、基板２の下部外側に穿孔されてその下流部がバックグラインド装置２０内の真空ポンプ８に着脱自在に接続されており、この真空ポンプ８の駆動に基づき、粘着層６に被覆された凹み穴３内の空気を外部に排気して負圧化するよう機能する。そして、この空気の排気により、平坦な粘着層６は、複数の支持突起５に追従しながら凹み穴３の底面方向に凹凸に変形し、半導体ウェーハＷから部分的に離隔して密着状態の半導体ウェーハＷの剥離を容易化する。

排気路７の大きさは、特に限定されるものではないが、バックグラインド作業に悪影響を及ぼさないようφ１ｍｍ以下であることが好ましい。

抑制体１０は、図２や図３に示すように、凹み穴３の周縁部４内面から中心の内方向に突出する複数の櫛歯１１を備え、この複数の櫛歯１１が０．１〜２ｍｍのピッチで周方向に配列されており、各櫛歯１１が０．５〜３ｍｍの範囲の長さで形成される。

バックグラインド装置２０は、図４や図５に示すように、架台２１に設置されたチャックテーブル２３と、このチャックテーブル２３に回転可能に搭載された複数の固定キャリア１と、固定キャリア１に保持された半導体ウェーハＷの裏面を粗研削と仕上げ研削を通じて研削処理する研削装置２５と、研削処理された半導体ウェーハＷ用の洗浄装置２８とを備えて構成される。

架台２１は、前後方向に長く形成され、作業面の前部中央にハンドリング装置２２が設置されるとともに、作業面の略中央部に平面円形のチャックテーブル２３が上部の露出した状態で回転可能に設置されており、作業面の後部には、チャックテーブル２３の表面後部に上方から対向する研削装置２５が立設される。ハンドリング装置２２の左右両側部には、バックグラインド前の厚い半導体ウェーハＷを複数枚整列収納したウェーハカセット２４と、バックグラインド後の薄い半導体ウェーハＷを整列収納するウェーハカセット２４Ａとがそれぞれ搭載される。

チャックテーブル２３は、例えば所定の材料を使用して円板形に形成され、その露出した上部表面の周方向には複数の固定キャリア１が間隔をおき着脱自在に支持されており、所定の回転角度で回転して固定キャリア１の位置をハンドリング装置２２方向や研削装置２５方向に変更するよう機能する。

研削装置２５は、半導体ウェーハＷの裏面に上方から♯３２０〜３６０程度の回転砥石２６ａで研削液を介し粗研削処理を施す粗研削装置２６と、この粗研削装置２６に隣接配置されて粗研削処理された半導体ウェーハＷの裏面に上方から♯２０００程度の回転砥石２７ａで研削液を介し仕上げ研削処理を施す仕上げ研削装置２７とを備えて構成される。

上記において、半導体ウェーハＷをバックグラインドにより１００μｍ以下の厚さに薄片化し、ダイシング工程で個々のチップに分離する場合には、先ず、ウェーハカセット２４に半導体ウェーハＷを収納してバックグラインド装置２０にセットし、ウェーハカセット２４からチャックテーブル２３の固定キャリア１に半導体ウェーハＷをハンドリング装置２２により位置決めして移載し、固定キャリア１の粘着層６に半導体ウェーハＷのパターン形成面を押圧して隙間なく粘着保持させる。

こうして固定キャリア１の粘着層６に半導体ウェーハＷのパターン形成面が粘着保持されると、チャックテーブル２３が回転して固定キャリア１をハンドリング装置２２側から研削装置２５側に搬送するとともに、固定キャリア１が回転し、研削装置２５が回転する半導体ウェーハＷの裏面を粗研削装置２６と仕上げ研削装置２７の回転砥石２６ａ・２７ａで順次研削し、その後、半導体ウェーハＷの裏面が化学薬品により約１μｍ程度エッチングされて研削に伴うダメージ層が除去され、このダメージ層の除去により半導体ウェーハＷが完全に薄片化される。

この半導体ウェーハＷの研削の際、半導体ウェーハＷの周縁部に対向する部分に複数の櫛歯１１が存在するので、半導体ウェーハＷの周縁部の上方からの回転砥石２６ａ・２７ａの荷重に対し、固定キャリア１側の応力にムラが発生するのを有効に抑制することができ、この結果、バックグラインド工程で半導体ウェーハＷの周縁部が部分的に大きく振動するのを防止することができる。

次いで、半導体ウェーハＷのエッチングされた裏面が中空のキャリア治具にダイシング工程で使用される粘着テープ、具体的にはＵＶテープを介して固定されるとともに、半導体ウェーハＷが固定キャリア１から取り外される。具体的には、バックグラインド装置２０の真空ポンプ８が駆動して固定キャリア１の粘着層６を凹み穴３の底面方向に凹凸に変形させることにより、半導体ウェーハＷが容易に剥離可能となるので、固定キャリア１から簡単に取り外すことができる。

半導体ウェーハＷをＵＶテープによりキャリア治具に支持させたら、ＵＶテープの余剰部をカットすることにより、キャリア治具の中空部に配置された半導体ウェーハＷを砥石により個々のチップに分離することができる。

上記構成によれば、半導体ウェーハＷの周縁部を対向保持する固定キャリア１の保持部分に複数の櫛歯１１が存在するので、固定キャリア１に半導体ウェーハＷをセットする際に多少位置がずれても、半導体ウェーハＷの周縁部を均一に固定することができる。したがって、バックグラインド工程で半導体ウェーハＷの周縁部が部分的に大きく振動することがないので、振動部分が固定キャリア１から剥離し、固定キャリア１と半導体ウェーハＷとの間に研削液が浸入するおそれをきわめて有効に抑制することができ、半導体ウェーハＷの汚染防止が大いに期待できる。

なお、上記実施形態では複数の櫛歯１１を単に示したが、各櫛歯１１を先細り形状に形成したり、各櫛歯１１の先端部を丸めて形成したり、あるいは各櫛歯１１の先端部を断面略半円形に形成しても良い。

以下、本発明に係る固定キャリアの実施例を参考例と共に説明する。
実施例
先ず、ポリカーボネートを使用して３００ｍｍタイプの半導体ウェーハを粘着可能な固定キャリアの基板、凹み穴、複数の支持突起、排気路、複数の櫛歯を一体成形し、この基板の表面に柔軟な粘着層を接着して図２や図３に示す固定キャリアを製造した。

複数の櫛歯は、９００本として凹み穴の周縁部内面から中心の内方向に向けて突出させた。各櫛歯は、長さ１．２ｍｍ、幅０．４ｍｍに形成し、付け根部の直径を３０１ｍｍ、先端部の形状をＲ０．２ｍｍ半円とした。また、粘着層は、シリコーンゴム（信越化学工業製：商品名ＫＥ９４１−Ｕ）を使用して成形した。

固定キャリアを製造したら、バックグラインド装置にセットし、固定キャリアの粘着層に半導体ウェーハのパターン形成面を押圧して隙間なく粘着保持させ、半導体ウェーハの裏面を研削装置の回転砥石で研削し、その後、固定キャリアと半導体ウェーハとの間に研削液がどの程度浸入したかを確認した。
その結果、固定キャリアと半導体ウェーハとの間に研削液が１ｍｍ程度しか浸入していないのを確認した。

参考例
複数の櫛歯を省略し、その他は実施例と同様にして固定キャリアを製造した。固定キャリアを製造したら、実施例同様にバックグラインド装置にセットし、半導体ウェーハの裏面を研削装置の回転砥石で研削し、その後、固定キャリアと半導体ウェーハとの間に研削液がどの程度浸入したかを確認した。
その結果、固定キャリアと半導体ウェーハとの間には実用上問題はないが、研削液が多いところで１５ｍｍ浸入していた。

本発明に係る固定キャリアの実施形態を模式的に示す平面説明図である。 本発明に係る固定キャリアの実施形態を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る固定キャリアの実施形態における複数の櫛歯を模式的に示す要部拡大説明図である。 本発明に係る固定キャリアの実施形態におけるバックグラインド装置を模式的に示す平面説明図である。 本発明に係る固定キャリアの実施形態におけるバックグラインド装置を模式的に示す側面説明図である。

符号の説明

１ 固定キャリア
２ 基板
３ 凹み穴（凹部）
４ 周縁部
５ 支持突起
６ 粘着層
７ 排気路
８ 真空ポンプ（負圧源）
１０ 抑制体
１１ 櫛歯
２０ バックグラインド装置
２３ チャックテーブル
２５ 研削装置
２６ 粗研削装置
２６ａ 回転砥石
２７ 仕上げ研削装置
２７ａ 回転砥石
Ｗ 半導体ウェーハ

Claims (1)

1. 研削液と回転砥石とを用いたバックグラインドにより薄片化される半導体ウェーハ用の固定キャリアであって、
   剛性を有し、半導体ウェーハよりも大きい基板と、この基板の表面周縁部を除く表面の大部分に凹み形成される平面円形の凹み穴と、この凹み穴内に並設される複数の支持突起と、基板の表面周縁部と複数の支持突起とに平坦に接着されて凹み穴を被覆し、半導体ウェーハを着脱自在に粘着保持する変形可能な薄膜の粘着層と、負圧源の駆動に基づいて粘着層に被覆された凹み穴内の気体を外部に導き、複数の支持突起に応じて粘着層を変形させる排気路とを含み、
   凹み穴の周縁部を半導体ウェーハの周縁部に粘着層を介して対向させ、各支持突起を円柱形に形成し、凹み穴の周縁部から内方向に、粘着層に接着する複数の櫛歯を突出させ、この複数の櫛歯を凹み穴の周縁部周方向に所定のピッチで配列するとともに、隣接する複数の櫛歯間に隙間を形成し、複数の櫛歯により、バックグラインド時における半導体ウェーハの周縁部の部分的な振動を抑制するようにしたことを特徴とする固定キャリア。

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