JP2005072140A - 半導体装置の製造方法および半導体ウエハ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 裏面研削終了後直ちに研削面にダイシングテープを貼着するインライン化工程を含む半導体装置の製造方法において、ウエハ裏面での酸化膜の形成不足に起因するピックアップ不良を解消すること。
【解決手段】 本発明に係る半導体装置の製造方法は、
表面に回路が形成されたシリコンウエハの裏面を研削する工程、
シリコンウエハ裏面を酸化処理し、酸化膜を形成する工程、
シリコンウエハ裏面にダイシングテープを貼着し、該ウエハをダイシングしチップ化する工程、および
シリコンチップをピックアップする工程を含むことを特徴としている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シリコンウエハの裏面研削工程、ウエハのダイシング工程およびチップのピックアップ工程からなる半導体装置の製造方法ならびにこの製法に用いられる半導体ウエハ加工装置に関し、特に、いわゆるインライン化プロセスを採用した際に、最終工程であるチップのピックアップ工程におけるピックアップ不良の低減を実現する半導体装置の製造方法および半導体ウエハ加工装置に関する。

近年、ＩＣカードの普及が進み、さらなる薄型化が望まれている。このため、従来は厚さが３５０μm程度であった半導体チップを、厚さ５０〜１００μmあるいはそれ以下まで薄くする必要が生じている。また、生産性を向上するためウエハの大口径化が検討されてきた。

回路パターン形成後にウエハ裏面を研削することは従来より行われており、その際、回路面に表面保護シートを貼付して、回路面の保護およびウエハの固定を行い、裏面研削を行っている。その後、ダイシング、ダイボンド、樹脂封止等の各種の工程を経て、半導体装置が製造されることになる。

半導体ウエハをダイシングし、チップ化する際には、半導体ウエハの裏面（研削面）にダイシングテープが貼着され、ダイシングテープ上にウエハを保持しつつウエハのダイシングを行っている。ダイシングテープとしては、種々のものが上市されているが、特にＵＶテープと呼ばれる紫外線硬化型粘着テープが好ましく用いられている。ＵＶテープは、紫外線照射により粘着剤層が硬化し、接着力が消失または激減する性質を有する。したがって、ウエハのダイシング時には、十分な接着力でウエハを固定することができ、ダイシング終了後には粘着剤層を紫外線硬化させることで、チップを容易にピックアップできる。

ダイシングテープを貼着するために、裏面研削が終了したウエハは、その後、ダイシングテープ貼着装置（マウンター）に移送されることになる。この際、ウエハはウエハカセットと呼ばれる収容装置に収容され、マウンターへと移送される。

しかし、ウエハを極薄に研削するとウエハ自身に自己支持性がなくなり、自重でさえ破損する可能性がでてくる。このため、極薄にまで研削されたウエハを、それ自体でウエハカセットに収容することは困難である。

強度が低下した半導体ウエハに支持機能を与えるため、プロセスのインライン化、すなわち、裏面研削終了後、直ちに研削面にダイシングテープを貼着し、その後、ダイシング工程に移送することが提案されている。たとえば、特許文献１には、このようなインライン化プロセスの一例が記載されている。このようなプロセスによれば、極薄にまで研削され強度が低下したウエハであっても、その裏面がダイシングテープにより補強されるため、支持機能が向上し、前記したウエハカセットによる移送が可能になる。

しかし、このようなインライン化の結果、チップのピックアップ不良の増大という予期せぬ問題が発生した。これは、チップ裏面と粘着剤層との接着力が増大し、チップのピックアップが困難になるという問題であり、ダイシングテープとしてＵＶテープとを使用した場合においてもピックアップ不良は増大した。

この原因について、本発明者らが鋭意検討したところ、次の事実が判明した。
（１）インライン化プロセスでは、裏面研削終了後、直ちに研削面にダイシングテープを貼着しているため、裏面における酸化膜の形成はほとんど無い。
（２）一方、従来のプロセスでは、裏面研削終了後、ウエハカセットに収納し、裏面が露出した状態で移送した後、研削面にダイシングテープを貼着しているため、裏面が空気に曝される時間が長く、裏面における酸化膜の形成は、（１）に比して多い。
（３）酸化膜の形成が多いと、裏面と粘着剤層との間の親和性が弱く、一方、酸化膜の形成が少ないと、裏面と粘着剤層との間の親和性が強く、これがピックアップ不良の原因となる。
特開２００２−３４３７５６号公報

本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであって、裏面研削終了後直ちに研削面にダイシングテープを貼着するインライン化工程を含む半導体装置の製造方法において、ウエハ裏面での酸化膜の形成不足に起因するピックアップ不良を解消することを目的としている。

本発明は、上記した（１）〜（３）の知見に基づいて完成されたものであって、裏面研削後、ダイシングテープの貼着前に、ウエハ裏面に意図的に酸化膜を形成することを特徴としている。すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法は、
表面に回路が形成されたシリコンウエハの裏面を研削する工程、
シリコンウエハ裏面を酸化処理し、酸化膜を形成する工程、
シリコンウエハ裏面にダイシングテープを貼着し、該ウエハをダイシングしチップ化する工程、および
シリコンチップをピックアップする工程を含む。

上記の製造方法においては、シリコンウエハ裏面の酸化処理を、含酸素雰囲気中における短波長紫外線照射により行うことが好ましい。

本発明に係る半導体ウエハ加工装置の一態様では、ウエハの裏面研削装置と、ウエハ裏面への短波長紫外線照射装置とを備える。

本発明に係る半導体ウエハ加工装置の他の態様では、ウエハ裏面への短波長紫外線照射装置と、ダイシングテープ貼着装置とを備える。

このような本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、裏面研削終了後直ちに研削面にダイシングテープを貼着するインライン化工程を含む半導体装置の製造方法において、ウエハ裏面での酸化膜の形成不足に起因するピックアップ不良を低減することができる。

以下、本発明について図面を参照しながらさらに具体的に説明する。

本発明に係る半導体装置の製造方法においては、図１に示すように、まず表面に回路が形成されたシリコンウエハ１の裏面を研削する。

ウエハ表面への回路の形成は、エッチング法、リフトオフ法などの従来より汎用されている方法を含む、様々な方法により行うことができる。半導体ウエハの回路形成工程にお
いて、所定の回路が形成される。このようなウエハ１の研削前の厚みは特に限定はされないが、通常は６５０〜７５０μｍ程度である。

また、裏面研削時には、表面の回路を保護するために、回路面に表面保護シート２に貼付しておくことが好ましい。表面保護シート２としては、この種の用途に用いられている各種の再剥離可能な粘着シートが特に制限されることなく用いられる。

裏面の研削は、グラインダー３およびウエハ固定のための吸着テーブル４等を用いた公知の手法により行われる。裏面研削工程の後、酸化膜を形成する工程の前には、研削によって生成した破砕層を除去する処理が行われてもよい。研削面に対し破砕層を除去する処理を行った直後は、処理面は酸化膜が除去されたままの場合が多い。このような処理としてはケミカルエッチング、プラズマエッチング、ＣＭＰ (Chemical Mechanical Etching)等が挙げられる。

本発明の目的によれば、極薄の加工に好適なインライン処理に適合するため、その裏面研削による仕上げ厚は、好ましくは２０〜１００μｍ程度である。しかし、通常の工程にも適用可能であるため、１００〜４００μｍ程度の通常の仕上げ厚でも適用可能である。

このような裏面研削によりウエハが所定の厚みとなり、同時に、回路形成時にウエハ裏面に形成された酸化膜が除去される。

本発明では、このような裏面研削が終了したウエハ１の裏面に、酸化処理を施し、酸化膜を形成することを特徴としている。酸化膜が形成されていないウエハ裏面にダイシングテープを貼付すると、裏面とダイシングテープの粘着剤層との親和性が高すぎるため、後述するピックアップ工程におけるピックアップ不良の原因となる。一方、裏面に酸化膜を形成しておくと、裏面と粘着剤層との間の相互作用が小さく、ピックアップ不良を低減することができる。

裏面の酸化処理は、種々の方法により行われる。たとえば、ウエハ表面に回路を形成するために種々の酸化処理方法が知られているが、本発明ではこのような公知の表面酸化の方法を用いてウエハ裏面の酸化処理を行い、酸化膜を形成することができる。

より具体的には、以下のような（１）〜（８）の手法を採用することができる。
（１）密閉可能な短波長紫外線照射装置１０を用いて、含酸素雰囲気中における短波長紫外線照射により行う。

短波長紫外線とは、波長が150〜300ｎｍ程度の紫外線を意味し、特に低圧水銀ランプ（185nm）、エキシマランプ（172nm）等の短波長光源５が好ましく用いられる。このような短波長紫外線の照射を含酸素雰囲気中で行うと、オゾン、酸素ラジカルが発生し、ウエハ裏面に効率良く酸化膜を形成することができる。

紫外線照射量は好ましくは１００〜６０００ｍＪ／cm²、さらに好ましくは３００〜２
０００ｍJ／cm²である。また照射雰囲気における酸素濃度は、通常の空気濃度（２０％程度）で使用可能であり、同程度の酸素分圧があれば減圧下での照射であってもよい。また、積極的に高濃度酸素を紫外線照射領域に供給してもよい。
（２）含酸素雰囲気中におけるプラズマ処理により行う。
（３）陽極酸化により行う。
（４）酸素イオンの打ち込みにより行う。
（５）スパッタリングにより行う。
（６）ＣＶＤ (Chemical Vapor Deposition)により行う。
（７）水または砥粒を含む水を含ませた軟質樹脂製の摺動面を有するポリッシャでウエハ裏面を摩擦摺動させることにより行う（特開平６−１９２８１０号公報参照）。
（８）オゾン溶液やアンモニア過水溶液、塩酸過水溶液、硫酸過水溶液等の酸化剤溶液をウエハ裏面に供給することで行う。

これらの中でも、上記（１）の手法は、装置が簡便でありまたドライプロセスであることから好ましく採用される。

ウエハ１裏面の酸化処理は、ウエハ１の裏面研削後、直ちに行われる。具体的には、後述する本発明の半導体ウエハ加工装置を用いることで、工程を連続して行えるようになるので、ウエハ１の裏面研削後０．５〜５分程度で、ウエハ１の裏面の酸化処理を行うことができる。

このような酸化処理によりウエハ裏面に形成される酸化膜は、ＳｉＯx（ｘは０〜２の
任意の値）であり、酸化処理が充分であれば酸化膜はＳｉＯ₂となり、ウエハ研削面は不
活性表面となる。酸化が不充分であったり行われなかった場合は、ｘは０に近い値となり、研削直後のウエハ研削面は活性な状態でダイシングテープの粘着剤と化学反応か、または何らかの相互作用を引き起こす。

酸化膜におけるシリコン中の酸素濃度は、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）によって（Ｏ／Ｓｉ値）として検出される。酸化膜の厚みは直接測定することが困難なため、ＸＰＳの測定における検出角度を変化させて（Ｏ／Ｓｉ値）を測定することにより、推測される。検出角度が大きい（９０°に近い）と比較的深部の酸素濃度を測定でき、検出角度が小さいと比較的浅部の酸素濃度を測定できる。

次いで、ウエハの裏面にダイシングテープ６を貼付する。ダイシングテープ６の貼付は、図３に示すように、ローラー７を備えたマウンターと呼ばれる装置により行われるのが一般的だが、特に限定はされない。

ダイシングテープ６としては、この種の用途に用いられている各種の粘着テープが特に制限されることなく用いられるが、特にＵＶテープと呼ばれる紫外線硬化型粘着テープが、小さいピックアップ力を必要とするデバイスに多く使用されるため、その効果が顕著であり、好ましく用いられる。

ウエハ１の裏面の酸化処理が完了していれば、既にウエハ研削面と粘着剤との相互作用が低減しピックアップ力が小さくなっているので、ウエハ研削面にダイシングテープを貼付するまでどれだけ放置する期間があっても問題はない。また、ウエハ研削後酸化処理を施す時間がどの程度であっても、ウエハ研削処理の後酸化処理を施せばウエハ研削面は安定した酸化膜となっているので、問題はない。

しかし、グラインダーとダイシングテープ貼付装置が一体となったインライン処理装置において、本発明の課題が顕著に現れる。したがって、ウエハ研削工程とウエハ裏面の酸化処理との間、およびウエハ裏面の酸化処理とダイシングテープの貼付工程との間は、それぞれ時間をおかずに、たとえば０．５〜３分程度で行うことが好ましい。

ウエハ１のダイシング時には、ダイシングテープ６の周辺部を、リングフレーム８により固定した後（図４参照）、ダイサーなどの回転丸刃を用いるなどの公知の手法により、ウエハのチップ化を行う（図５参照）。表面保護シート２は、ダイシングテープ６の貼着後、任意の段階で剥離される。

次いで、得られたチップ９を、ダイシングテープ６からピックアップする。チップのピックアップは、回路面側から吸引コレットを用いて行うのが一般的であり、またコレットによる吸引と同時に、ダイシングテープ６側から突き上げピンによりチップを押し上げてもよい。また、ダイシングテープ６としてＵＶテープを用いた場合には、チップのピックアップに先立ち、粘着剤層に紫外線照射し、接着力を低下させておくことが好ましい。

本発明によれば、シリコンウエハの裏面に酸化膜を形成しておくことで、裏面とダイシングテープの粘着剤層との間での相互作用が小さくなるため、ピックアップ不良を低減することができる。

本発明に係る第１の半導体ウエハ加工装置は、従来公知のウエハ裏面研削装置（グラインダー）に短波長紫外線照射装置を備えた装置である。短波長紫外線照射装置はウエハの研削面に照射可能なように、ウエハ研削加工のための位置よりも下流側に位置し、さらに下流側にウエハストッカーが位置する。短波長紫外線照射装置としては、短波長光源、好ましくは低圧水銀ランプ（185nm）、エキシマランプ（172nm）を備え、また必要に応じ酸素の供給口を有する密閉可能な容器を備える。また、ウエハ研削加工のための位置と短波長紫外線照射装置の間には、ケミカルエッチング装置、プラズマエッチング装置やＣＭＰ装置等の破砕層を除去するための装置が配置されてもよい。

このような構成の半導体ウエハ加工装置を使用すれば、ウエハの裏面研削を行った直後に研削面の酸化処理を行うことができ、研削工程の後任意の放置時間をおいてダイシングテープの貼付作業を行うことができるようになる。

本発明に係る第２の半導体ウエハ加工装置は、従来公知のダイシングテープ貼着装置に短波長紫外線照射装置を備えた装置である。短波長紫外線照射装置はダイシングテープの貼付前にウエハ研削面に照射可能なように、テープの貼付位置よりも上流側に位置する。さらに上流側にウエハストッカーが配置されてもよい。また、短波長紫外線照射装置とテープ貼付位置との間には、上述の破砕層を除去するための装置が配置されてもよい。このような構成の半導体ウエハ加工装置を使用すれば、ダイシングテープを貼付するときには、必ずウエハの研削面が十分に酸化され化学的に安定する。このため、研削工程の後任意の放置期間をおいたウエハに対してダイシングテープの貼付を行ってもピックアップ力が増大することはない。

さらに、ウエハの裏面研削装置、短波長紫外線照射装置、ダイシングテープ貼着装置が、この順で配置されたインライン対応の加工装置であってもよい。このような装置であれば、ダイシングテープの貼付がウエハの裏面研削の直後であっても、酸化処理を経ることにより、チップのピックアップ力の増大を防ぐことができる。

このような本発明に係る半導体ウエハ加工装置によれば、裏面研削終了後、直ちに研削面にダイシングテープを貼着するプロセスのインライン化が可能となり、さらにウエハ裏面の酸化処理工程を工程間に介在させることで、インライン化にともなうピックアップ不良という問題が解消される。

本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、本発明によれば、シリコンウエハの裏面に酸化膜を形成しておくことで、裏面とダイシングテープの粘着剤層との間での相互作用が小さくなるため、ピックアップ不良を低減することができ、生産効率の向上が達成される。
（実施例）
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
ない。
（実施例１）
未処理のシリコンウエハ（200mm径）をウエハ研削装置（ディスコ社製、DFG-840）を用いて仕上げ厚が350μｍとなるまで研削を行った。研削したウエハを短波長紫外線照射装
置（オーク製作所製、VUM-3037-F、低圧水銀ランプ使用、紫外線波長185nm、254nm）にセットし、研削後３０秒以内に照射を行った。紫外線の照射条件は、照度約10mW/cm²、光量1800mJ/cm²、照射時間３分、照射距離15mmで行った。

ダイシングテープとして、紫外線硬化型粘着テープ（リンテック社製Adwill D675）を
用いた。

照射後３０秒以内でウエハの研削面にダイシングテープを貼付し、その直後にダイシング装置（東京精密社製、A-WD-4000B）でウエハを10mm×10mmサイズにダイシングを行った。続いて、すぐに紫外線照射装置（リンテック社製、RAD2000m/8、紫外線波長領域365nm
）で紫外線を照射してダイシングテープの粘着剤層を硬化した。先端にニードルを設けた荷重測定器を用いてチップを突き上げ、ピックアップ力を測定した。

また、同様の工程でダイシングを行わないだけのサンプルを作成し、ダイシングテープのウエハの研削面に対する粘着力をJIS Z0237に準じて測定した。結果を表１に示す。
（実施例２）
実施例１において、ダイシングテープの貼付からダイシングまでの時間を２４時間とした以外は実施例１と同様の工程を行った。ピックアップ力と粘着力の結果を表１に示す。（実施例３、４）
実施例１、２において、ダイシングテープとして非紫外線硬化型粘着テープ（リンテック社製、Adwill G-12）を使用し、ダイシング後の紫外線照射を行わなかった以外は、そ
れぞれ実施例１、２と同様の工程を行った。ピックアップ力と粘着力の結果を表１に示す。
（比較例１〜４）
実施例１〜４において、ウエハ研削直後の短波長紫外線照射を行わず、それに合わせてダイシングテープを貼付するまでの時間を調整して行った以外は、それぞれ実施例１〜４と同様の工程を行った。ピックアップ力と粘着力の結果を表１に示す。

本発明に係る半導体装置の製造方法の１工程を示す。 本発明に係る半導体装置の製造方法の１工程を示す。 本発明に係る半導体装置の製造方法の１工程を示す。 本発明に係る半導体装置の製造方法の１工程を示す。 本発明に係る半導体装置の製造方法の１工程を示す。

符号の説明

１…シリコンウエハ
２…表面保護シート
３…グラインダー
４…吸着テーブル
５…短波長光源
６…ダイシングテープ
７…ローラー
８…リングフレーム
９…チップ
１０…短波長紫外線照射装置

Claims (4)

1. 表面に回路が形成されたシリコンウエハの裏面を研削する工程、
   シリコンウエハ裏面を酸化処理し、酸化膜を形成する工程、
   シリコンウエハ裏面にダイシングテープを貼着し、該ウエハをダイシングしチップ化する工程、および
   シリコンチップをピックアップする工程を含む半導体装置の製造方法。
2. 前記シリコンウエハ裏面の酸化処理を、含酸素雰囲気中における短波長紫外線照射により行う請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. ウエハの裏面研削装置と、ウエハ裏面への短波長紫外線照射装置とを備える半導体ウエハ加工装置。
4. ウエハ裏面への短波長紫外線照射装置と、ダイシングテープ貼着装置とを備える半導体ウエハ加工装置。

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