JP5146056B2 - 半導体装置の製造方法および半導体装置の支持装置 - Google Patents

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Description

この発明は、電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置の製造方法および半導体装置の支持装置に関し、特にデバイス厚が薄い薄型半導体デバイスを製造する際に用いられる半導体装置の製造方法および半導体装置の支持装置に関する。
従来、デバイスの特性を向上させるために薄いウェハを用いた技術が提案されている。図24および図25は、従来の、薄いウェハを用いたデバイスの製造方法について順に示す断面図である。例えば縦型IGBTの製造プロセスにおいては、まず、図24に示すように、元の厚さのままのウェハ201のおもて面側にデバイスの表面構造202を形成する。ついで、図25に示すように、ウェハ201の裏面側の全面を例えばバックグラインド等によって研削し、ウェハの厚さを薄くする。ついで、ウェハの裏面側に、図示しない拡散構造や電極構造を形成する。具体的には、ノンパンチスルー型IGBTにおいては、ウェハのおもて面側に、ゲート構造やエミッタ構造等のデバイスの表面構造を形成し、その後、ウェハの裏面側の全面を研削して薄層化する。ついで、ウェハの裏面側にイオン注入とアニール処理を行って、コレクタ層を形成し、さらにコレクタ層の表面にコレクタ電極を形成する。
しかしながら、薄層化したウェハに例えば電極等を形成する場合、金属を成膜する際の応力によって、ウェハに反りが生じ、ウェハが割れてしまうという問題がある。このため、薄層化したウェハをステージと固定部材とで挟むことで、応力を抑制し、ウェハの割れを防ぐ方法が提案されている(例えば、下記特許文献1、下記特許文献2参照。)。
また、図25に示すように、ウェハを薄層化するとウェハの外周端部203の断面が、刃状(ナイフエッジ形状)となる。このため、ウェハキャリアや、ウェハにデバイス構造を形成するための各プロセス処理で用いられる装置の治具に接触することで、ウェハの外周端部203にチッピングやクラックが生じ易くなる。ウェハの外周端部203にチッピングやクラックが生じると、それを基点としてウェハが割れてしまうという問題がある。さらに、ウェハが割れると、各プロセス処理に用いられる装置内における搬送ロボットでの搬送が困難となり、また高価な搬送ロボットや装置自体が破損するという問題がある。また、ウェハが割れたり欠けたりすることで、ウェハの表面にパーティクルが付着し、良品率が低下するという問題がある。
このため、ウェハの割れや欠け、反り、撓みを防ぐ方法として、ウェハの中央部が外周端部よりも薄い、リブ構造のウェハ(以下、リブウェハとする)が提案されている。図26は、第1従来例のリブウェハの構造について示す図である(例えば、下記特許文献3参照。)。図26における上の図が第1従来例のリブウェハの構造について示す斜視図であり、下の図が上の図の切断線I−I'における断面構造について示す断面図である。図26に示す第1従来例のリブウェハ31は、直径R0と同じかさらに小さい直径の研削ホイールを用いて、ウェハ31の裏面側の中央部32のみを選択的に研削・研磨したり、もしくは裏面側の中央部に選択的にエッチングを行い、外周端部をそのままの厚さに残すことにより作製される。この外周端部がリブ33となる。
第1従来例によれば、ウェハ31の外周端部にリブ33が形成されるため、ウェハ31の外周端部がナイフエッジ形状にならない。このため、ウェハ31の外周端部のチッピングに対する耐性が向上する。また、リブ33を、ウェハ31を研削することで形成するため、リブ33もウェハ31と同じ材質、例えばシリコンである。このため、ウェハ31の反りに対する矯正能力が非常に高くなり、かつ各プロセス処理における処理温度の制限を受けにくくなる。
ここで、大気中でのプロセス処理において、ウェハ31がステージからずれたり、例えばステージごとウェハ31を回転させる際にステージからウェハ31が振り落とされたりすることを防ぐために、ステージにウェハ31を吸引する真空吸着が行われる。真空吸着は、特にウェハ31の平坦性や平行性が要求される場合や、ウェハ31に回転やスキャニング等の運動動作が加えられる場合に行われる。例えば、レジストをスピン塗布する処理や、レジストを露光する処理(フォトリソグラフィー処理)等を行う場合、処理を行う側の面とは異なる面をステージに搭載し真空吸着する必要がある。
このため、第1従来例において、ウェハ31の裏面側に対して処理を行う場合は、リブ33の形成されていないウェハ31のおもて面側の平坦な面を、上面が平坦なステージに搭載するため、通常のステージによって真空吸着を行うことができる。しかしながら、ウェハ31のおもて面側に対して処理を行う場合は、リブ33の形成されたウェハ31の裏面側をステージに搭載しなければならず、ウェハ31の中央部32とステージとの間に隙間が生じるという問題がある。
図27は、第1従来例の問題点について示す断面図である。図27に示すように、第1従来例において、リブ33の形成されたウェハ31の裏面側を通常の平坦なステージ41に搭載した後に、ステージ41によって真空吸着を行うと、同図に矢印で示すようにウェハ31の裏面側の中央部32の中央の領域とリブ33はステージ41に吸着される。しかし、リブ33があるため、ウェハ31の中央部32のリブ近傍部35はステージ41に吸着されずに、ステージ41から浮いてしまう。したがって、ウェハ31のおもて面側の表面が平坦でなくなり、この表面にレジストなどのスピン塗布を行うと、塗布膜の厚さにむらが生じる。また、フォトリソグラフィー処理においては、ウェハ31のおもて面側の中央部35とリブ近傍部35で、露光焦点が異なってしまうため、露光むらが生じるという問題がある。
また、第1従来例の変形例として、薄層化したウェハのおもて面側にリング状の補強部材を貼付することで、ウェハのおもて面側にリブを形成する方法が提案されている(例えば、下記特許文献4参照。)。この方法においても、ウェハの裏面側に処理を行うために、リブの形成されたウェハのおもて面側をステージに搭載する際に、第1従来例と同様の問題がある。
図28は、第2従来例のリブウェハの構造について示す断面図である(例えば、下記特許文献5参照。)。図28における上の図が第2従来例のリブウェハの構造について示す斜視図であり、下の図が上の図の切断線J−J'における断面構造について示す断面図である。図28に示す第2従来例のリブウェハ51は、次のようにして作製される。ウェハの裏面側の全面を研削し薄層化した後に、ウェハの外周端部の一部を所定の深さだけ樹脂溶液に浸漬させて、その状態でウェハを回転させる。そして、ウェハの外周端部の外縁全周に樹脂溶液を付着させ、硬化させることでウェハの外周端部の外縁に樹脂を形成する。この樹脂がリブ53となる。
図29または図30は、第2従来例の問題点について示す断面図である。第2従来例によれば、リブ53がシリコンでなく樹脂であるため、第1従来例に比べて、ウェハ51の反りに対する矯正能力は劣るが、クッション性のある樹脂でウェハ51が保護されるため、ウェハ51の外周端部のチッピングに対する耐性が格段に向上する。しかしながら、図29または図30に示すように、ウェハ51のおもて面側(図29)または裏面側(図30)に対して処理を行う場合は、リブ53の形成されたウェハ51の裏面側またはおもて面側を平坦なステージ41に搭載しなければならない。このため、第1従来例のリブウェハと同様に、ウェハ51の中央部52とステージの間に隙間が生じるという問題がある。このように、第2従来例においては、ウェハ51のおもて面側の処理に加え、ウェハ51の裏面側の処理を行う場合にも、ウェハ51の中央部52とステージ41との間に隙間が生じるという問題がある。
また、リブウェハとステージとの間に、リブウェハの裏面側の凹部(裏面側の中央部)とほぼ同じ形状の土台ウェハを挿入し、リブウェハの中央部とステージとの間の隙間を解消する方法が提案されている(例えば、下記特許文献6参照。)。この土台ウェハには、貫通孔が形成されており、ステージによって真空吸着を行うことで、土台ウェハを介して、リブウェハが固定される。
また、土台ウェハとしては、リブウェハの裏面側の凹部とほぼ同じ形状の凸部を有する凸型の土台ウェハが提案されている(例えば、下記特許文献7参照。)。この凸型の土台ウェハは、シリコンまたはシリコンカーバイト(SiC)によって形成されているため、土台ウェハと一緒にリブウェハに熱処理を行う場合に、リブウェハと土台ウェハとの熱膨張率の違いによる不具合が回避される。
特開2004−134725号公報 特開2004−296817号公報 特開平05−121384号公報 特開2005−123568号公報 特開2006−352078号公報 特開2005−294623号公報 特開2007−258444号公報
しかしながら、上述した特許文献1または2の技術では、薄層化したウェハの外周端部のみをステージと固定部材とにより挟むことで固定しているため、固定されていないウェハの中央部の強度が弱いという問題がある。さらにリブウェハについては記載されていないため、リブウェハに適用可能か否かが不明である。さらに、ウェハをステージと固定部材とによって挟むための特別な治具が必要となり、かつ取り外しが困難であるため、生産コストが上昇し、スループットが低下するという問題がある。
また、上述した特許文献6の技術では、リブウェハのリブ部が土台ウェハと接していないため、リブウェハを土台ウェハに搭載したまま搬送することができない。このため、各プロセス処理を行う装置のステージにリブウェハを設置する度に、土台ウェハを挿入しなければならず、スループットが低下するという問題がある。また、土台ウェハがリブウェハの凹部とほぼ同じ形状でほぼ同じ大きさであるため、一旦、リブウェハに土台ウェハを挿入すると、土台ウェハを取り外すのが困難となる。このため、リブウェハにおいて、リブの形成された側の面に、プロセス処理を行う場合、土台ウェハを取り外すのに手間がかかり、スループットが低下するという問題がある。また、土台ウェハを取り外す際に、リブウェハと土台ウェハが接触し、リブウェハや土台ウェハにチッピングやクラックが生じる可能性がある。
また、図31は、従来の貫通孔による真空吸着の問題点について示す断面図である。図31に示すように、特許文献6においては貫通孔80によって厚さの薄いウェハ31の中央部32を真空吸着するため、ウェハ31の、貫通孔80と接する部分81に負圧がかかり、ウェハ31が変形してしまう。このため、ウェハ31の表面が平坦でなくなるという問題がある。
また、上述の特許文献7の技術では、凸型の土台ウェハが、シリコンやSiCによって形成されている。シリコンやSiCは、硬質材であり、脆性材料である。このため、土台ウェハの上に設置されたリブウェハがずれた際に、リブウェハのリブが、凸型の土台ウェハの凸部の側面に接触し、リブウェハおよび土台ウェハにチッピングやクラックが生じるという問題がある。また、土台ウェハとリブウェハとの間にチッピング片が混入すると、搬送やハンドリングの際の振動によって、リブウェハの、土台ウェハの凸部と接する面に傷や擦れ跡が生じる。このため、デバイスの特性が劣化するという問題がある。
また、土台ウェハとリブウェハとの間にチッピング片が混入したまま、真空吸着を行うと、チッピング片がリブウェハの、土台ウェハの凸部と接する面に形成された拡散層等を突き破り、デバイスの構造が破壊されるという問題がある。さらに、チッピング片によりリブウェハに盛り上がりが生じ、この盛り上がりの領域においては、例えばフォトリソグラフィー工程において、焦点がずれる等、プロセス処理において形成されるデバイスの表面構造にばらつきが生じ、デバイスの特性が劣化するという問題がある。
ここで、土台ウェハに付着したチッピング片等のパーティクルを、フッ硝酸や水酸化カリウム(KOH)等のシリコンエッチング液で除去することも考えられるが、土台ウェハもシリコンであるため、土台ウェハ自身がエッチングされて、形状が変化してしまう。このため、土台ウェハを繰り返し使用することができず、生産コストが上昇するという問題がある。さらに、土台ウェハがSiCの場合、SiCが化学的に安定しているため、SiCによるチッピング片等のパーティクルを除去することが難しいという問題がある。
また、リブウェハがずれた際に、土台ウェハと接触し、チッピングやクラックが生じるのを防ぐために、リブウェハのリブ部と土台ウェハの凸部の側面との間になるべく隙間がないように、土台ウェハの凸部を形成しなくてはならない。このため、土台ウェハからリブウェハを取り外すことが困難であるという問題がある。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、生産コストを抑えつつ、スループットおよび良品率を向上することのできる半導体装置の製造方法および半導体装置の支持装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体装置の製造方法は、第1主面の中央部に凹部が形成された半導体ウェハの前記凹部の径よりも小さい径で、前記凹部の底面の位置より低く、かつ前記凹部の深さに近接した高さの凸部を有する多孔質樹脂製の土台ウェハの前記凸部に、前記半導体ウェハの前記凹部を合わせて前記半導体ウェハを設置するウェハ設置工程と、前記半導体ウェハの第2主面側に、デバイス構造を形成するデバイス構造形成工程と、を含むことを特徴とする。
また、請求項2の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項1に記載の発明において、前記ウェハ設置工程と、前記デバイス構造形成工程との間に、前記半導体ウェハが設置された前記土台ウェハを、真空吸着機構を有するステージに設置する真空吸着ステージ設置工程と、を含み、前記デバイス構造形成工程においては、前記ステージによって真空吸着を行いながら、前記半導体ウェハを、前記土台ウェハを介して前記ステージに固定して、前記半導体ウェハの前記第2主面側に、デバイス構造を形成することを特徴とする。
また、請求項3の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項1に記載の発明において、前記ウェハ設置工程と、前記デバイス構造形成工程との間に、前記半導体ウェハが設置された前記土台ウェハを、静電吸着機構を有するステージに設置する静電吸着ステージ設置工程と、を含み、前記デバイス構造形成工程においては、前記ステージによって静電吸着を行いながら、前記半導体ウェハを、前記土台ウェハを介して前記ステージに固定して、前記半導体ウェハの前記第2主面側に、デバイス構造を形成することを特徴とする。
また、請求項4の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項1〜3のいずれか一つに記載の発明において、前記デバイス構造形成工程の後に、前記半導体ウェハを、前記土台ウェハから取り外す取り外し工程と、前記土台ウェハから取り外された前記半導体ウェハの前記第1主面側に、さらにデバイス構造を追加して形成するデバイス構造追加形成工程と、を含むことを特徴とする。
また、請求項5の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の発明において、前記ウェハ設置工程と、前記デバイス構造形成工程との間に、前記土台ウェハに前記半導体ウェハを設置したまま、当該半導体ウェハにデバイス構造を形成する際に前記半導体ウェハを固定するステージに、当該土台ウェハを搬送する搬送工程を含むことを特徴とする。
また、請求項6の発明にかかる半導体装置の支持装置は、中央部に凹部が形成された半導体ウェハの前記凹部の径よりも小さい径で、前記凹部の深さより低く、かつ前記凹部の深さに近接した高さの凸部を第1主面側に有し、多孔質樹脂で形成された土台ウェハを備え、前記土台ウェハの第1主面側が前記半導体ウェハの前記凹部が形成された面に対向し、前記土台ウェハの第1主面側の前記凸部以外の部分によって前記半導体ウェハの外周部を支持することを特徴とする。
また、請求項7の発明にかかる半導体装置の支持装置は、請求項6に記載の発明において、前記土台ウェハのステージに接する部分の直径が、前記半導体ウェハの外周の直径と同じかそれよりも大きいことを特徴とする。
また、請求項8の発明にかかる半導体装置の支持装置は、請求項6または7に記載の発明において、前記土台ウェハは導電性の前記多孔質樹脂からなることを特徴とする。
また、請求項9の発明にかかる半導体装置の支持装置は、請求項6または7に記載の発明において、絶縁性の前記多孔質樹脂の中に、導電層が設けられていることを特徴とする。
また、請求項10の発明にかかる半導体装置の支持装置は、請求項6〜9のいずれか一つに記載の発明において、前記多孔質樹脂は、超高分子量ポリエチレンの多孔質樹脂であることを特徴とする。
上述した請求項1、2または4の発明によれば、外周端部が中央部より厚いウェハと、平坦なステージとの間の隙間を、土台ウェハを挿入することのみで解消することができる。このため、平坦なステージを有する既存の装置を用いて、外周端部が中央部より厚いウェハに半導体装置を製造するための各処理を行うことができる。このため、コストを低くすることができる。また、平坦なステージを有する既存の装置を用いて、通常の平坦なウェハに対する処理を行うことができる。また、外周端部が中央部より厚いウェハの凹部と、土台ウェハの凸部との間に、クリアランス領域を設けることができるため、外周端部が中央部より厚いウェハを、土台ウェハから簡単に取り外すことができる。
また、請求項3の発明によれば、真空雰囲気内で、外周端部が中央部より厚いウェハに処理を行う場合にも、平坦なウェハに用いる既存の装置を使用することができる。このため、新たな設備投資をせずに、外周端部が中央部より厚いウェハの処理を行うことができるため、コストを低くすることができる。
また、請求項5の発明によれば、外周端部が中央部より厚いウェハの外周端部が、土台ウェハに接しているため、土台ウェハの上に外周端部が中央部より厚いウェハを設置したまま、ウェハカセットに挿入したり、搬送アームで搬送することができる。このため、異なる装置で処理を行うごとに、土台ウェハを挿入したり、土台ウェハを取り外したりしなくても良いため、スループットが向上する。
また、請求項6〜10の発明によれば、土台ウェハが多孔質樹脂であるため、ステージによる処理ウェハに対する真空吸着力の低下を抑え、ステージに処理ウェハを保持・固定することができる。また、多孔質樹脂は柔軟性があり、脆性ではないため、外周端部が中央部より厚いウェハや土台ウェハにチッピングやクラックが生じず、パーティクルの発生を抑えることができる。したがって、パーティクルによってデバイスの特性が劣化するのを抑えることができるため、ウェハの良品率が向上する。
本発明にかかる半導体装置の製造方法および半導体装置の支持装置によれば、生産コストを抑えつつ、スループットおよび良品率を向上することができるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造方法および半導体装置の支持装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明およびすべての添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置について示す図である。図1における上の図が実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置の構造について示す斜視図であり、下の図が上の図の切断線A−A'における断面構造について示す断面図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置(以下、第1土台ウェハとする)101は、第1主面側に凸部1を有している。第1土台ウェハ101は、半導体装置を製造するための各処理(以下、プロセス処理という)を行う際に、ウェハ(以下、処理ウェハという)を設置・固定する図示しないステージと、図示しない処理ウェハとの間に挿入される。また、第1土台ウェハ101は、多孔質樹脂を用いて作製されている。多孔質樹脂としては、摩擦係数が低く、かつ耐薬品性および加工性に優れているものが好ましい。その理由は後述する。
図1に示すように、第1土台ウェハ101の第1主面側は、裏面側の外周端部が中央部より厚い処理ウェハ(以下、リブウェハという)の裏面側と接する。また、第1主面側の凸部1の直径R1は、リブウェハの凹部(裏面側の中央部)の直径より小さい値である。ここで、凸部1の直径R1を、リブウェハの凹部の直径より小さくすることで、リブウェハの凹部と第1土台ウェハ101の凸部1との間に、クリアランスが形成される。
ここでは、第1主面側の凸部1の高さhを、リブウェハの凹部の深さよりやや小さく(低く)している。このようにすることで、搬送時などにおいては、リブウェハの外周部が第1土台ウェハ101の第1主面側の凸部1の表面以外の表面(底部)2に当接するため、リブウェハの凹部が第1土台ウェハ101から離れた上体でリブウェハを支持することできる。したがって、搬送時などの期間、リブウェハの裏面側が、第1土台ウェハ101に接触せす、リブウェハの裏面側の凹部の表面に微細なキズが生じるのを防ぐことができるため、デリケートな裏面構造を持つデバイスに好適である。
また、プロセス処理の工程においては、後述する方法により、リブウェハを第1土台ウェハ101に吸着するが、第1土台ウェハ101の凸部1が、リブウェハの凹部に近接しているため、吸着によるリブウェハの凹部の変形はわずかであり、リブウェハを損傷することなく、確実に吸着することができる。
また、リブウェハの裏面側を第1土台ウェハ101に載置してもよい場合は、第1土台ウェハ101の凸部1の高さhをリブウェハの凹部の深さと同じとするか、やや高くしてもよい。このようにすることで、リブウェハの凹部と第1土台ウェハ101の凸部1とが確実に嵌合するため、搬送時のずれを防ぐことができる。また、吸着時においてもリブウェハに変形が生じない。
なお、第1土台ウェハ101の凸部1の高さhは、なるべくリブウェハ凹部の深さに近接させた方がよい。その理由は、凸部1の高さhが、リブウェハの凹部の深さよりもあまりにも大きすぎると、市販のウェハキャリアや市販の半導体製造装置に対して大掛かりな改造が必要となったり、専用のウェハキャリアや製造装置が必要となったりしてしまうからである。一方で、凸部1の高さhが、リブウェハ凹部の深さよりもあまりに低すぎると、リブウェハの凹部と第1土台ウェハ101の凸部1との嵌合が浅くなり、搬送時の傾斜や衝撃によって外れてしまうことがあり、また、吸着時に、リブウェハの凹部の外周部分の変形が大きくなってしまうからである。
第1土台ウェハ101の第2主面側は、プロセス処理において、処理ウェハを平坦または平行に設置し、回転動作やスキャニング動作の間に処理ウェハをずれないように固定するステージと接する。ここで、プロセス処理において、ウェハを固定して行う処理は、例えば、フォトリソグラフィー処理、スピン洗浄処理、スピンコーティング処理、スピンエッチング処理、スピン乾燥処理、レーザーアニール処理などの製造処理や、パーティクル測定処理、外観検査処理、膜厚分布測定処理などの検査・管理処理がある。また、第2主面側の直径R2は、リブウェハの外周の直径とほぼ同じ値である。
図2は、多孔質樹脂による真空吸着について示す説明図である。図2に示すように、多孔質樹脂による真空吸着では、吸着面がポーラス状であり、吸着面の全面で均一に負圧が生じる。そのため、貫通孔による吸着に比べて、被吸着物の特定箇所に過大な負圧がかからない。このことは、株式会社吉岡精工ウェブサイト、[平成20年2月14日検索]、インターネット<URL:http://www.porous−chuck.com/porous_chuck/porous.html>にも記載されている。このため、例えば第1土台ウェハ101の凸部1からリブウェハ31の凹部を真空吸着する際に、リブウェハ31の中央部32にかかる負圧が少ないため、リブウェハ31の形状が変形しない。
また、第1土台ウェハ101の第1主面と第2主面を除いた残りの表面、すなわち第1土台ウェハ101の側面と、第1主面側の凸部1以外の表面は、シール加工等によって表面の樹脂がシールされ、表面の通気孔が封止されている。
ここで、表面の通気孔の封止には、ヒートシール加工が好適である。ヒートシール加工とは、通気孔のうちの封止したい部分の表面を局所的に加熱して表面を溶融させ、通気孔となる多孔質の表面に気密な膜を形成するものである。ヒートシール加工は、封止したい部分を局所的に加熱するだけで通気孔を封止めすることができるので、加工が容易である。なお、表面のシール加工は、上記に限らず、通気孔を封止したい表面に耐熱性・耐薬品性を有する樹脂を塗布してもよい。
図3は、ヒートシール加工について示す説明図である。図3に示すように、ヒートシール加工を行っていない第1土台ウェハ101を、真空吸着用のステージ41と、リブウェハ31との間に、挿入した場合(図中、ヒートシール加工なし)、真空吸着を行うことができない。その理由は、第1土台ウェハ101の側面や、第1主面側の凸部1以外の表面からも空気を引いてしまうからである。一方、ヒートシール加工を行った第1土台ウェハ101を、真空吸着用のステージ41と、リブウェハ31との間に挿入した場合(図中、ヒートシール加工あり)、真空吸着を行うと、第1土台ウェハ101の、リブウェハ31と接する面からのみ空気を引くため、リブウェハ31を真空吸着し固定することができる。
つぎに、実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置の製造方法について説明する。図4および図5は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置の製造方法について示す断面図である。図4に示すように、まず、板状またはシート状の多孔質樹脂に打ち抜き加工を行い、第1主面側に設置されるリブウェハの外周の直径とほぼ同じ直径の円柱状部材10を形成する。ついで、この円柱状部材10を回転させながら、円柱状部材10の外周端部を、第1主面側からブレード70等によって部分切削加工を行う。このとき、切削する高さは、第1主面側の表面から、第1主面側に設置されるリブウェハの凹部の高さと同じかそれよりも大きい高さで、かつ第2主面側に到達しない高さとする。また、切削する幅は、切削により残る領域の直径が、第1主面側に設置されるリブウェハの凹部の直径よりも小さくなるようにする。このようにして、凸型の部材を形成する。なお、円柱状部材10を回転させずに、ブレード70を円柱状部材10の周りで回転させてもよい。なお、図示はされていないが、リブウェハの裏面側の中央部の凹部の内周が完全な円状に凹加工されていなく、研削やエッチングによってオリフラやノッチに対応した形状に凹加工がされている場合は、その形状に合わせて、凸型部材も一定のクリアランスを保つように形成するのが望ましい。
ついで、図5に示すように、凸型の部材にヒートシール加工を行う。このとき、第1主面側の凸部の表面および第2主面側の表面以外の領域、すなわち凸型の部材の側面および第1主面側の凸部以外の領域(図中、網掛け部分)にヒートシール加工を行い、表面の通気孔を封止めする。このようにして、第1土台ウェハ101が完成する。
なお、凸型の部材を形成する方法は、図4に示す方法に代えて、次の図6に示す方法でもよい。図6は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置の他の製造方法について示す断面図である。図6に示すように、まず、板状またはシート状の多孔質樹脂に打ち抜き加工を行い、第1主面側に設置されるリブウェハの凹部の直径よりも小さい幅で、このリブウェハの凹部の高さと近接した厚さを持つ第1円柱状部材11と、リブウェハの外周の直径とほぼ同じ直径の第2円柱状部材12と、を形成する。ついで、第1円柱状部材11と第2円柱状部材12とを接着する。このようにして、凸型の部材を形成する。
実施の形態1によれば、土台ウェハが、多孔質樹脂を用いて作製されるため、柔軟性があり、かつ脆性ではない。したがって、土台ウェハに設置されたリブウェハがずれて、リブウェハのリブ部が土台ウェハの凸部の側面に接触した場合にも、リブウェハおよび土台ウェハが割れない。また、脆性ではないため、土台ウェハ自身が割れたり欠けたりせず、土台ウェハからチッピング片等のパーティクルが生じない。
さらに、多孔質樹脂は、通気性に優れており、例えばステージに処理ウェハを真空吸着する場合、ステージと処理ウェハとの間に土台ウェハを挿入しても、ステージによる処理ウェハに対する真空吸着力の低下を抑え、ステージに処理ウェハを保持・固定することができる。また、吸着面がポーラス状であるため、貫通孔による吸着に比べて、局所的に処理ウェハに過大な負圧がかからない。このため、処理ウェハの厚さが薄くても、処理ウェハの表面に成膜する膜の厚さのばらつきや露光むらを抑えることができる。
ここで、多孔質樹脂としては、例えば超高分子量ポリエチレンの多孔質樹脂がある。超高分子量ポリエチレンは、化学的に非常に安定しており、酸やアルカリ等のほとんどの薬品に対して耐薬品性が優れている。このため、土台ウェハを洗浄薬液へ浸漬することにより、簡単に洗浄することができる。
したがって、例えば、処理ウェハからシリコン片等のパーティクルが生じ、このパーティクルが土台ウェハに付着しても、洗浄薬液により洗浄することで、容易に除去することができる。洗浄薬液は、例えば、フッ硝酸や水酸化カリウム(KOH)などのシリコンエッチング液である。さらに、土台ウェハは、シリコンではないため、シリコンエッチング液によってエッチングされず、形状が変化しない。従って、土台ウェハを繰り返し使用することができるため、生産コストを抑えることができる。
また、土台ウェハに付着したシリコン片等のパーティクルが、洗浄後に土台ウェハの表面に残っていて、土台ウェハと処理ウェハとの間に混入しても、土台ウェハには柔軟性があるため、処理ウェハへのダメージを抑えることができる。また、土台ウェハに柔軟性があることで、土台ウェハと処理ウェハとの間に混入したパーティクルによって、処理ウェハが盛り上がる量も減るため、例えばフォトリソグラフィー処理において焦点ずれを抑制することができる。
また、超高分子量ポリエチレンは、摩擦係数が低いため、土台ウェハから処理ウェハを取り外し易くなる。さらに、超高分子量ポリエチレンは、加工性に優れているため、ヒートシール加工、打ち抜き・賦型加工等が可能であり、土台ウェハを簡単に形成することができる。また、ヒートシール加工を行うことで、真空吸着における吸引力を向上させることができる。
超高分子量ポリエチレンの多孔質樹脂の一例として、日東電工製のサンマップ(登録商標)が挙げられる。サンマップは、特殊な焼成法によって作製された超高分子量ポリエチレン粉末の焼結多孔質成型体を切断した、板状またはフィルム状の超高分子量ポリエチレンの多孔質樹脂である。サンマップについては、日東電工社ウェブサイト、[平成20年2月13日検索]、インターネット<URL:http://www.nitto.co.jp/product/datasheet/film/002/index.html>に記載されている。
なお、多孔質樹脂としては、導電性の多孔質樹脂を用いてもよい。その理由は、例えば、通常、処理ウェハに形成されたデバイスの電気的特性を評価するためにプロービング処理を行うが、この際、縦型IGBTや縦型MOSFETなどのデバイスにおいては、処理ウェハの裏面側に電極端子が必要となる。土台ウェハが導電性の場合、土台ウェハ内に電流を流すことができるため、土台ウェハに処理ウェハを設置したままプロービング処理を行うことができるからである。また、導電性の多孔質樹脂を用いることで、帯電によるパーティクルの付着を防ぐこともできる。
(実施の形態2)
図7は、実施の形態2にかかる半導体装置の製造装置について示す図である。図7における上の図が実施の形態2にかかる半導体装置の製造装置の構造について示す斜視図であり、下の図が上の図の切断線B−B'における断面構造について示す断面図である。図7に示すように、実施の形態2にかかる半導体装置の製造装置(第2土台ウェハ)102は、第2主面側の直径R3が、第1主面側に設置されるリブウェハの外周の直径よりも大きい。なお、第2主面側の直径R3は、リブウェハを固定してプロセス処理を行う際に用いられる装置のステージの直径と同じかそれよりも小さい値であればよい。また、その他の構成および製造方法は、実施の形態1と同様のため、説明を省略する。
実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態2においては、第2主面側の直径が、第1主面側に設置される処理ウェハの外周の直径よりも大きい。したがって、異なる大きさの処理ウェハを同一の土台ウェハを用いてステージに固定することができる。このため、スループットが向上し、かつ生産コストが低くなる。
(実施の形態3)
実施の形態3は、ステージに処理ウェハを静電吸着させる場合に対応させた土台ウェハの例である。真空雰囲気内でプロセス処理を行う装置のステージに処理ウェハを設置する場合、差圧が生じないため、真空吸着によって処理ウェハをステージに固定することができない。このため、例えば、特許庁ウェブサイト、[平成20年2月14日検索]、インターネット<URL:http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/hyoujun_gijutsu/semicon_vacuum_tech/3_7_1a.htm>や、株式会社東陶ウェブサイト、[平成20年2月14日検索]、インターネット<URL:http://www.toto.co.jp/E_Cera/J_Cera/wafer_01.htm>に記載されているように、真空雰囲気内でステージにウェハを吸着する方法としては、静電吸着が提案されている。真空雰囲気内で処理を行う装置としては、例えばイオン注入装置、スパッタリング装置、ドライアッシング装置、ドライエッチング装置などがある。
図8は、静電吸着の原理について示す図である。図8に示すように、静電吸着用のステージ40内には、導電層20が設けられている。そして、この導電層20と処理ウェハ30との間に電圧を印加して静電引力(クーロン力)を発現させることにより、ステージ40に処理ウェハ30を静電吸着(静電チャッキング)させる。このような方式が、単極方式である。また、ステージ40の内部に複数の導電層20が設けられており、各導電層20間に電圧を印加することにより静電気力を発現させるようにした方式が、双極方式である。
図9は、実施の形態3にかかる半導体装置の製造装置について示す断面図である。図9に示すように、実施の形態3にかかる半導体装置の製造装置(第3土台ウェハ)103は、絶縁性の多孔質樹脂を用いて形成された土台ウェハ内に、導電性の導電層21〜25が埋め込まれている。
例えば、図9に示すように、第3土台ウェハ103の凸部1の中央領域に、ステージとの静電チャックを行うための第1導電層21が設けられている。この第1導電層21は、第3土台ウェハ103の第1主面側および第2主面側の表面に接しないように設けられている。また、第3土台ウェハ103の凸部1の外周領域に、処理ウェハと静電チャックを行うための第2導電層22〜第5導電層25が設けられている。これらの第2導電層22〜第5導電層25は、第3土台ウェハ103の第2主面側の表面に接するように設けられている。なお、その他の構成は、実施の形態1または2と同様のため、説明を省略する。また、導電層の数や位置、形状は、ステージおよび処理ウェハと、土台ウェハとが静電チャックを行える構成であればよい。
実施の形態3によれば、実施の形態1または2と同様の効果を得ることができる。また、真空雰囲気内でプロセス処理を行うために、静電吸着用のステージにリブウェハを設置する際にも、土台ウェハを介してステージと処理ウェハとを固定することができる。
(実施の形態4)
つぎに、実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態4においては、上述した実施の形態1において説明した第1土台ウェハを用いた例について説明する。図10〜図16は、実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法ついて順に示す図である。なお、図11においては、図10の切断線C−C'および切断線D−D'における断面構造を示している。また、図12における上の図が実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法の製造途中の構造について示す斜視図であり、下の図が上の図の切断線E−E'における断面構造について示す断面図である。
まず、図10〜図12に示すように、第1土台ウェハ101の第1主面側に、リブウェハ31の裏面側を設置する。このとき、図12に示すように、リブウェハ31の凹部の直径R0が、第1土台ウェハ101の凸部1の直径R1よりも大きいため、リブウェハ31のリブ33と第1土台ウェハ101の凸部1の側面との間にクリアランス領域34が形成される。
ついで、図13に示すようにリブウェハ31が設置された第1土台ウェハ101を真空吸着用のステージ41に設置する。ついで、真空吸着用のステージ41によって真空吸着を行い、リブウェハ31の裏面側の中央部32を第1土台ウェハ101に固定し、かつ第1土台ウェハ101の第2主面側を真空吸着用のステージ41に固定する。そして、リブウェハ31のおもて面側の中央部32に、デバイスの表面構造を形成する等のプロセス処理を行う。
また、図14に示すように、リブウェハ31の裏面側にプロセス処理を行う場合、第1土台ウェハを取り外し、真空吸着用のステージ41の表面に、直接リブウェハ31のおもて面側を設置する。ついで、真空吸着用のステージ41によって真空吸着を行い、リブウェハ31のおもて面側を真空吸着用のステージ41に固定する。
また、図15に示すように、リブウェハ31をウェハカセット71に収納する場合、第1土台ウェハ101の第1主面側にリブウェハ31を設置したまま、ウェハカセット71に収納してもよい。この場合、ウェハカセット71としては、例えば第1土台ウェハ101にリブウェハ31を設置した状態における厚さが、シングルピッチのカセットでは収納できない厚さの場合、ダブルピッチのカセットを用いる。
また、図16に示すように、ウェハ自動搬送ロボット72を用いて、ウェハの連続自動処理を行う場合、リブウェハ31を第1土台ウェハ101に設置したまま工程間または装置間の搬送処理を行うことができる。ウェハ自動搬送ロボット72は、例えばアーム部(エンドイフェクタ)73が多関節であり、アーム部73によってリブウェハ31が設置された第1土台ウェハ101を所望の位置へ搬送することができる。
つぎに、実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法の変形例について説明する。図17または図18は、実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法の変形例について示す断面図である。図17または図18においては、処理ウェハの外周端部にコーティングされた樹脂によりリブ53が形成された、両面リブウェハ51に適用した例について説明する。両面リブウェハ51においては、裏面側に加え、おもて面側にもリブ53が形成されている。
このような両面リブウェハ51のおもて面側にプロセス処理を行う場合、図17に示すように、両面リブウェハ51の裏面側を第1土台ウェハ101の第1主面側に設置する。このとき、両面リブウェハ51の裏面側の中央部52と、第1土台ウェハ101の凸部1との間に隙間が生じないため、ステージ41による真空吸着によって両面リブウェハ51およびステージ41と、第1土台ウェハ101とを固定することができる。
また、図18に示すように、両面リブウェハ51の裏面側にプロセス処理を行う場合、両面リブウェハ51のおもて面側を第1土台ウェハ101の第1主面側に設置する。このとき、両面リブウェハ51のおもて面側の中央部52と、第1土台ウェハ101の凸部1との間に隙間が生じないため、ステージ41による真空吸着によって両面リブウェハ51およびステージ41と、第1土台ウェハ101とを固定することができる。
実施の形態4によれば、リブウェハの割れや欠けを抑え、かつリブウェハにプロセス処理を行う際に、平坦なウェハに用いる既存の装置をそのまま使用することができる。このため、製造コストを抑えることができる。
(実施の形態5)
つぎに、実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態5においては、上述した実施の形態2において説明した第2土台ウェハを用いた例について説明する。図19〜図21は、実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法について順に示す図である。なお、図20においては、図19の切断線F−F'および切断線G−G'における断面構造を示している。また、図21における上の図は実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法の製造途中の構造について示す斜視図であり、下の図は上の図の切断線H−H'における断面構造について示す断面図である。
実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法においては、図19〜図21に示すように、第2土台ウェハ102の第1主面側に、リブウェハ31の裏面側を設置する。この場合、図21に示すように、第2土台ウェハ102の直径R3が、リブウェハ31の外周の直径R2よりも大きい。なお、その他の工程については、実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法と同様のため、説明を省略する。
実施の形態5によれば、実施の形態4と同様の効果を得ることができる。また、土台ウェハの直径が、設置されるリブウェハよりも大きければよいため、異なる直径や形状のウェハにプロセス処理を行う際に、同一の土台ウェハを用いることができる。したがって、ウェハの直径や形状に合わせて複数の土台ウェハを作らなくてよいため生産コストが低くなる。
(実施の形態6)
つぎに、実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図22または図23は、実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。実施の形態6においては、上述した実施の形態3において説明した第3土台ウェハを用いた例について説明する。
図22に示すように、真空吸着用のステージ41にリブウェハ31を真空吸着によって吸着させる場合、例えば大気中でプロセス処理を行う場合、リブウェハ31を設置した第3土台ウェハ103を、ステージ41に設置する。そして、ステージ41によって真空吸着を行い、リブウェハ31およびステージ41と、第3土台ウェハ103とを固定する。
また、図23に示すように、静電吸着用のステージ42にウェハを静電吸着によって吸着させる場合、例えば真空雰囲気内でプロセス処理を行う場合、リブウェハ31を設置した第3土台ウェハ103をステージ42に設置する。そして、第3土台ウェハ103に埋め込まれた各導電層間に電圧を印加する。
ここで、静電吸着用のステージ42には、第1電極端子60〜第6電極端子65が設けられている。第1電極端子60および第2電極端子61は、ステージ42と第3土台ウェハ103を静電吸着するために、ステージ42と第3土台ウェハ103の第1導電層21との間に静電引力を発現させる。また、第3電極端子62〜第6電極端子65は、第3土台ウェハ103とリブウェハ31を静電吸着させるために、第3土台ウェハ103の第2導電層22〜第5導電層25と、リブウェハ31との間に静電引力を発現させる。第1電極端子60および第2電極端子61は、ステージ42の表面に接していなく、第3電極端子62〜第6電極端子65は、ステージ42の表面に接している。
実施の形態6においては、例えば、第1電極端子60、第3電極端子62、第5電極端子64には、正の電圧を印加し、第2電極端子61、第4電極端子63、第6電極端子65には、負の電圧を印加する。このようにすることで、第3土台ウェハ103の内部に、リブウェハ31とステージ42のそれぞれに対して、電荷が中性を保つように働くため、静電引力が生じる。このため、ステージ42およびリブウェハ31と、第3土台ウェハ103とを、それぞれ固定することができる。
なお、ステージ42内の電極端子は、少なくとも第3土台ウェハ103内に埋め込まれた導電層の数および位置に合わせた数および位置であればよい。ここでは、静電吸着方式として、双極方式を適用した例について説明したが、単極方式を適用してもよい。単極方式の場合には、静電吸着用のステージ内に単一の導電層が設けられる。そして、この導電層とウェハの間に電圧が印加される。
実施の形態6によれば、実施の形態4または5と同様の効果を得ることができる。さらに、真空雰囲気内でリブウェハにプロセス処理を行う際に、平坦なウェハに用いる既存の装置を使用することができる。
以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造方法および半導体装置の支持装置は、デバイス厚の薄い半導体装置を製造するのに有用であり、特に、電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置を製造するのに適している。
実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置について示す図である。 多孔質樹脂による真空吸着について示す説明図である。 ヒートシール加工について示す説明図である。 実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置の製造方法について示す断面図である。 実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置の製造方法について示す断面図である。 実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置の他の製造方法について示す断面図である。 実施の形態2にかかる半導体装置の製造装置について示す図である。 静電吸着の原理について示す図である。 実施の形態3にかかる半導体装置の製造装置について示す断面図である。 実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法ついて示す図である。 実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法ついて示す図である。 実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法ついて示す図である。 実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法ついて示す図である。 実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法ついて示す図である。 実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法ついて示す図である。 実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法ついて示す図である。 実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法の変形例について示す断面図である。 実施の形態4にかかる半導体装置の製造方法の変形例について示す断面図である。 実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法について示す図である。 実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法について示す図である。 実施の形態5にかかる半導体装置の製造方法について示す図である。 実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。 実施の形態6にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。 従来の、薄いウェハを用いたデバイスの製造方法について示す断面図である。 従来の、薄いウェハを用いたデバイスの製造方法について示す断面図である。 第1従来例のリブウェハの構造について示す図である。 第1従来例の問題点について示す断面図である。 第2従来例のリブウェハの構造について示す断面図である。 第2従来例の問題点について示す断面図である。 第2従来例の問題点について示す断面図である。 従来の貫通孔による真空吸着の問題点について示す断面図である。
符号の説明
1 凸部
31 ウェハ(リブウェハ)
32 中央部
33 リブ
41 ステージ(真空吸着用のステージ)
101 第1土台ウェハ

Claims (10)

  1. 第1主面の中央部に凹部が形成された半導体ウェハの前記凹部の径よりも小さい径で、前記凹部の底面の位置より低く、かつ前記凹部の深さに近接した高さの凸部を有する多孔質樹脂製の土台ウェハの前記凸部に、前記半導体ウェハの前記凹部を合わせて前記半導体ウェハを設置するウェハ設置工程と、
    前記半導体ウェハの第2主面側に、デバイス構造を形成するデバイス構造形成工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記ウェハ設置工程と、前記デバイス構造形成工程との間に、
    前記半導体ウェハが設置された前記土台ウェハを、真空吸着機構を有するステージに設置する真空吸着ステージ設置工程と、
    を含み、
    前記デバイス構造形成工程においては、前記ステージによって真空吸着を行いながら、前記半導体ウェハを、前記土台ウェハを介して前記ステージに固定して、前記半導体ウェハの前記第2主面側に、デバイス構造を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記ウェハ設置工程と、前記デバイス構造形成工程との間に、
    前記半導体ウェハが設置された前記土台ウェハを、静電吸着機構を有するステージに設置する静電吸着ステージ設置工程と、
    を含み、
    前記デバイス構造形成工程においては、前記ステージによって静電吸着を行いながら、前記半導体ウェハを、前記土台ウェハを介して前記ステージに固定して、前記半導体ウェハの前記第2主面側に、デバイス構造を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記デバイス構造形成工程の後に、
    前記半導体ウェハを、前記土台ウェハから取り外す取り外し工程と、
    前記土台ウェハから取り外された前記半導体ウェハの前記第1主面側に、さらにデバイス構造を追加して形成するデバイス構造追加形成工程と、
    を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記ウェハ設置工程と、前記デバイス構造形成工程との間に、
    前記土台ウェハに前記半導体ウェハを設置したまま、当該半導体ウェハにデバイス構造を形成する際に前記半導体ウェハを固定するステージに、当該土台ウェハを搬送する搬送工程を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
  6. 中央部に凹部が形成された半導体ウェハの前記凹部の径よりも小さい径で、前記凹部の深さより低く、かつ前記凹部の深さに近接した高さの凸部を第1主面側に有し、多孔質樹脂で形成された土台ウェハを備え、
    前記土台ウェハの第1主面側が前記半導体ウェハの前記凹部が形成された面に対向し、前記土台ウェハの第1主面側の前記凸部以外の部分によって前記半導体ウェハの外周部を支持することを特徴とする半導体装置の支持装置。
  7. 前記土台ウェハのステージに接する部分の直径が、前記半導体ウェハの外周の直径と同じかそれよりも大きいことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の支持装置。
  8. 前記土台ウェハは導電性の前記多孔質樹脂からなることを特徴とする請求項6または7に記載の半導体装置の支持装置。
  9. 絶縁性の前記多孔質樹脂の中に、導電層が設けられていることを特徴とする請求項6または7に記載の半導体装置の支持装置。
  10. 前記多孔質樹脂は、超高分子量ポリエチレンの多孔質樹脂であることを特徴とする請求項6〜9のいずれか一つに記載の半導体装置の支持装置。
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