JP4877003B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハをダイシングする工程を経て、複数個の半導体装置を製造する方法に関する。

ウェーハをダイシングする工程を経ることによって、１枚のウェーハから複数個の半導体装置を製造する方法が普及している。
ウェーハをダイシングする工程では、ウェーハの裏面をダイシングテープを介してダイシングリングに固定し、ダイシングリングに固定したウェーハをステージに固定し、ウェーハに形成されている半導体装置同士の間を通過するダイシングラインに沿ってウェーハをダイシングする。

ダイシングテープに代わり、ウェーハをステージに冷却固定する方法が特許文献１に開示されている。この方法では、ペルチェ素子が組み込まれているステージを利用し、ウェーハとステージの間に水を供給し、ペルチェ素子を用いてステージを冷却することによって水を凍結させる。
ウェーハの裏面を凍結した氷でステージに固定した状態でウェーハの表面にダイシング用のレーザを照射すると、ウェーハの表裏に大きな温度差が生じ、レーザ照射によってウェーハ表面に形成された初期亀裂が温度差方向に成長する。この結果、精度のよいダイシングが可能となると報告されている。

縦型の半導体装置が実用化されている。ここでいう縦型の半導体装置は、半導体基板の表裏両面に電極が形成されている半導体装置のことをいう。縦型の半導体装置では、半導体基板の厚み（すなわちウェーハの厚み）が電極間距離となるために、ウェーハの厚みが半導体装置の特性に大きく影響する。縦型の半導体装置の中には、ウェーハの厚みを極めて薄くする必要があるものがある。

半導体装置に必要とされる特性が得られる厚みにまでウェーハを薄板化するとウェーハの強度が保たれず、半導体装置の製造過程でウェーハが破壊されやすい程度にまで薄板化しなければならない場合が生じている。この問題を解決するために、図１に示すように、ウェーハ２の裏面の中央部を研磨することによって、ウェーハ２の中央部を半導体装置に必要とされる特性が得られる厚みにまで薄板化するとともに、ウェーハの周辺部にリング状の厚肉部８を残す技術が開発されている。この技術によると、周辺部のリング状の厚肉部８がウェーハ２の強度を保つために、ウェーハ２の中央部４を半導体装置に必要とされる特性が得られる厚みにまで薄板化することができる。

特開２００４−２５１８７号公報

裏面の中央部が薄板化されているウェーハ２（以下では簡単のために中削りウェーハということがある）をダイシングする場合、通常であれば図２に示すように、リング状の厚肉部８の裏面８ｂをダイシングテープ１４を介してダイシングリング１２に固定する。この場合、中削りウェーハ２の中央部の裏面は薄板化されているので、ダイシングテープ１４に密着していない。図３は、図２のようにして固定された中削りウェーハ２をダイシングブレード１８でダイシングする様子を示している。ダイシングブレード１８でダイシングする場合、冷却水２０をかけながらダイシングすることが多い。この結果、ダイシングされた半導体装置２２が冷却水の勢いによって飛散する。あるいは、回転するダイシングブレード１８から力を受けてダイシングされた半導体装置２２が飛散する。半導体装置２２が飛散すると、半導体装置２２が損傷する可能性があり、さらにその後のハンドリング作業がやりにくくなる。
中削りウェーハ２の裏面を凍結した氷でステージ１６に固定する技術を用いても、中削りウェーハ２の中央部の裏面は薄板化されているのでステージ１６に固定されない。ダイシングされた半導体装置２２が飛散する現象には効果がない。

中削りウェーハ２の表面２ａをダイシングテープ１４を介してダイシングリング１２に固定すれば、中削りウェーハ２の表面２ａの全体にダイシングテープ１４を密着させることができるために、ダイシングされた半導体装置２２が飛散することを防止することができる。しかしながら、中削りウェーハ２の表面２ａをダイシングリング１２に固定すると、中削りウェーハ２の裏面側から観測することによって、隣接する半導体装置の間を通過するダイシングラインの位置を特定しなければならず、この特定作業が面倒なものとなってしまう。

ステージ１６の形状を工夫し、中削りウェーハ２のリング状の厚肉部８の内側に入り込んで薄板化されている中央部４の裏面４ｂに当接するステージ１６を用意すれば、上記の問題が解決されるように思われる。しかしながら、そのためには、中削りウェーハ２の形状に合わせたステージ１６を用意する必要があり、それもまた面倒なものとなってしまう。また、現状のダイシングテープの貼り付け装置では、リング状の厚肉部８の内側の薄板化されている裏面８ｂに、ダイシングテープを密着させることができない。

中削りウェーハ２のリング状の厚肉部８の内側に入り込んで薄板化されている中央部の裏面４ｂに当接するステージにペルチェ素子を組み込めば、中央部の薄板化されている裏面４ｂをステージに固定することができる可能性がある。しかしながら、この技術は、たとえ可能であっても、ダイシング装置内で水を凍らせる作業と、ダイシング後にダイシング装置内で氷を溶融させる作業が必要なり、ダイシング装置にウェーハを脱着する作業に時間を要することになる。ダイシングテープを利用して短時間にウェーハを脱着する場合に比して、ダイシング装置の稼働率が低下してしまう。

本発明は、以上の諸問題を統括的に解決するものである。即ち、下記の問題を一挙に解決する。
（１）中削りウェーハを通常に固定して通常にダイシングすると、ダイシングした半導体装置が飛び散ってしまう。
（２）中削りウェーハの表面を固定すると、ダイシングラインが観測しづらくなる。
（３）中削りウェーハの中央部に入り込む形状のステージを別途用意する必要がない。
（４）ダイシングテープを利用して短時間のうちにウェーハを脱着することができる。

本発明では、中削りウェーハの裏面を平坦化してダイシングリングに固定する。中削りウェーハの裏面を平坦化するために、冷却すると凝固する液体を利用する。この着想を利用すると、上記の問題が一挙に解決する。

本発明は、ウェーハをダイシングする工程を経て、半導体装置の複数個を製造する方法に関する。
本発明の製造方法は、下記の工程を備えている。
（１）ウェーハに、複数個の半導体装置を形成する。
（２）ウェーハの裏面の中央部を研磨することによって、ウェーハの中央部を半導体装置に必要とされる性能が得られる厚みとなるまで薄板化するとともに、周辺部にリング状の厚肉部を残す。
（３）リング状厚肉部で取り囲まれている薄板化された領域のみに凝固性の液体を注入する。
（４）ウェーハと液体を冷却して液体を凝固させる。
（５）ウェーハのリング状の厚肉部の裏面と液体が凝固した凝固物の裏面側の露出面を、ダイシングテープを介してダイシングリングに固定する。
（６）ダイシングリングをステージに固定する。
（７）ダイシングリングに固定されたウェーハを、隣接する半導体装置の間を通過するダイシングラインに沿ってダイシングする。
上記の（５）の工程では、ウェーハのリング状の厚肉部の裏面と、液体が凝固した凝固物の裏面側の露出面とが同一平面に位置している。

上記の方法によると、ウェーハの裏面にダイシングテープを貼り付けるのに先立って、薄板化した中央部に凝固性の液体を注入して凝固させる工程を実施するために、ウェーハの裏面が平坦化される。平坦化されたウェーハの裏面をダイシングテープを介してダイシングリングに固定することができる。半導体装置が作りこまれている薄板部を、凝固物とダイシングテープを介してダイシングリングに固定することができる。このために、ダイシングした半導体装置が飛び散ってしまうことがない。
上記の方法によると、ウェーハの裏面をダイシングリングに固定し、ダイシングリングをステージに固定し、ウェーハの表面が露出している状態でダイシングすることができる。ダイシングラインが観測しづらくなることもない。
上記の方法では、薄板化した中央部に注入した液体を凝固させる工程と、凝固した液体を溶融させる工程をダイシング装置外で実施することができる。ダイシング装置では、ダイシングテープを利用して短時間のうちにウェーハを脱着することができる。ダイシング装置の稼働率を低下させることがない。

液体が凝固したときに、リング状の厚肉部の裏面と凝固物の裏面（露出面）が同一面に揃うことが好ましい。このためには、液体を注入する工程の前に、リング状の厚肉部で取り囲まれている薄板化された領域の容積を特定する工程を実施することが好ましい。そして液体を注入する工程では、特定された容積を当該液体の凝固時の容積膨張率で除した量の液体を注入することが好ましい。
例えば、凝固性の液体に純水を用いる場合、純水は凝固する際に容積が１．０９倍に膨張する。よって薄板化された領域の容積を容積膨張率で除した量、即ち、薄板化された領域の容積の９１．７５％の純水を注入して凍結させることが好ましい。リング状の厚肉部で取り囲まれている範囲に注入する液体は純水に限られない。他の凝固性の液体を用いることもできる。
尚、リング状の厚肉部の裏面と凝固物の裏面を事後的に同一面に調整することも可能であり、上記の量的関係は好ましいものではあっても、不可欠ではない。

ダイシング工程では、ダイシングブレードによってダイシングが行われるとともに、凝固性液体の凝固温度よりも低い凝固温度を有する不凍液を使用してダイシングすることが好ましい。ダイシングブレードを冷却する液体が、ウェーハをダイシングリングに固定している凝固物を溶融させることがない。

ダイシング工程後に、下記の工程を実施して半導体装置を取り出すことが好ましい。
（８）ダイシングテープとダイシングリングにウェーハと凝固物が貼り付いた状態で、ダイシングリングをステージから外す。
（９）分離壁が形成されているスペーサをウェーハに重ね合わせることによって、スペーサに形成されている分離壁をダイシング工程で形成されたダイシング溝に挿入する。
（１０）ダイシングテープの凝固物に密着している範囲内に開口を形成する。
（１１）ウェーハと凝固物を加熱して凝固物を溶融する。

上記の方法によれば、ダンシングされた半導体装置がスペーサで位置決めされた状態で凝固物が溶融するので、凝固物が溶融する際にダンシングされた半導体装置が勝手に移動することがない。凝固物が溶融した液体は、ダイシングテープに形成された開孔から放出さるので、ダイシングされた半導体装置が液体の中で浮き沈むこともない。
ダンシングされた半導体装置群は、通常のウェーハ（裏面が平坦なウェーハ）をダイシングしたのと同じ位置関係で整列している。既存のダイピック装置を使用して半導体装置を回収することができる。

本発明によると、中削りウェーハを通常のウェーハ（裏面が平坦なウェーハ）と同様にダイシングすることが可能となる。ダイシングした半導体装置が飛び散ってしまうこともなければ、ダイシングラインが観測しづらくなることもなければ、中削りウェーハの形状に合わせたステージを別途用意する必要もない。さらに、ダイシングテープを利用してダイシング装置に対してウェーハを短時間のうちに脱着することができる。信頼性と生産性が高い確立した技術を利用して中削りウェーハを能率的に精度よくダイシングすることができる。

以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
（特徴１）リング状の厚肉部の内側に純水を注入する。
（特徴２）その際に、流量計で注入量を測定し、フィードフォワード制御することによって所定量の純水を注入する。
（特徴３）ダイシング後に、ダイシングリングを利用して通常のウェーハと同様にステージから外す。

図１（ａ）に、中削りウェーハ２を裏面２ｂ側から斜視した図を示し、図１（ｂ）に、中削りウェーハ２のｂ−ｂ線断面図を示す。
中削りウェーハ２は、（１）均一な厚みのウェーハの周辺部以外の領域（中央部）に、複数個の半導体装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・を形成する工程と、（２）均一な厚みのウェーハの裏面の中央部を研磨することによって、ウェーハの中央部を、半導体装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・に必要とされる特性が得られる厚みにまで薄板化する工程を経て製造されている。中削りウェーハ２は、中央部に形成されている薄板部４と、その周囲をリング状に取り囲んでいる厚肉部８を備えている。中削りウェーハ２は、薄板部４を底面とし、リング状の厚肉部８を側壁とする窪み６を備えている。以下ではその窪み６を中削り領域６という。薄板部４の周辺部に形成されているリング状の厚肉部８は厚肉であって機械的強度が高く、薄板部４の板厚を非常に薄くしても、中削りウェーハ２が破壊されないだけの強度を備えている。

中削りウェーハ２の表面２ａは平坦であるのに対し、裏面２ｂでは、リング状の厚肉部８の裏面８ｂの高さと、薄板部４の裏面４ｂの高さが異なっている。裏面２ｂにダイシングテープ１４を貼り付けた場合、の裏面４ｂの高さが異なっている。裏面２ｂにダイシングテープ１４を貼り付けた場合、前述した図２に示したように、薄板部４はダイシングテープ１４に固定されない。この状態でダイシングすると、図３に示したように、ダイシングされた半導体装置２２が飛散してしまう。ここでは、ダイシング前の半導体装置を参照番号１０で示し、ダイシング後の半導体装置を参照番号２２で示す。

本実施例では、図５に示すように、中削り領域６に純水３４を注入し、それを凍結させることによって、中削り領域６を氷で充填する。リング状の厚肉部８の裏面８ｂと、氷３６の裏面側の露出面３６ｂの高さを一致させる。この状態で中削りウェーハ２の裏面２ｂにダイシングテープ１４を貼り付ければ、図７に示すように、薄板部４の裏面４ｂは、氷３６とダイシングテープ１４を介してダイシングリング１２に固定される。この状態でダイシングすれば、図８に示すように、ダイシングされた半導体装置２２は、氷３６とダイシングテープ１４を介してダイシングリング１２に固定され、飛び散ることがない。

本実施例では、中削りウェーハ２の中削り領域６に純水３４を注入する前に、まず中削り領域６の容積を測定する。そのために、図４に示すように、中削りウェーハ２のリング状の厚肉部８を光学式の形状測定装置３２で測定する。即ち、リング状の厚肉部８の幅８ｃ、高さ８ｄ、リング状の厚肉部８の付け根のＲ部の８ｅの形状を測定することによって、中削り領域６の容積を測定する。
リング状の厚肉部の測定方法は、特定の方法に限られない。ウェーハ２の厚み分布を測定してもよい。あるいは触針式の形状測定装置によってリング状の厚肉部の形状を測定してもよい。
中削り領域６の容積を測定した後、その測定結果に基づいて純水３４の量を計算する。純水は凝固して氷になるときに容積が１．０９倍に膨張する。中削り領域６の容積を凝固時の膨張率（純水の場合は１．０９）で除した量（純水の場合は、中削り領域６の容積の９１．７５％となる）の純水３４を注入して凍結させれば、リング状厚肉部８の裏面８ｂと、氷３６の裏面側の露出面３６ｂの高さが一致し、中削りウェーハ２の裏面２ｂが平坦化される。
純水を注入する場合には、注入しながら注入量を計測し、計測した注入量に基づいてフィードフォワード制御法を実施し、予め算出しておいた量の純水が注入された時点で注入をとめることが好ましい。

純水を注入したら、中削りウェーハ２と純水３４の両者を冷却して純水３４を冷却させる。すると、リング状の厚肉部８の裏面８ｂと、凍結した氷３６の裏面側の露出面３６ｂの高さが一致し、中削りウェーハ２の裏面２ｂが平坦化される。
この工程は、ダイシング装置と無関係に実施することができる。ダイシング装置外で純水３４を凍結させておいた中削りウェーハ２をダイシング装置にセットすればよいことから、ダイシング装置の使用効率が低下することがない。
中削り領域６に注入する液体は純水に限られない。冷却すると凝固し、加熱すると溶融する液体であればよい。

本実施例では、図７に示すように、リング状の厚肉部８の裏面８ｂと氷３６の裏面側の露出面３６ｂにダイシングテープ１４を貼り付け、そのダイシングテープ１４をダイシングリング１２に貼り付ける。
リング状の厚肉部８の裏面８ｂと氷３６の裏面側の露出面３６ｂは同一平面に位置しているために、両者を全面的に固定することができる。これにより複数の半導体装置１０が形成されている薄板部４が、氷３６とダイシングテープ１４を介してダイシングリング１２に固定される。

ステージ１６にダイシングリング１２に貼り付けた中削りウェーハ２を固定した後、図８に示すように、計測装置２４によって、隣接している半導体装置１０と１０の間を通過しているダイシングラインの位置を計測する。ついで、ダイシングブレード１８を不凍液２６で冷却しながら、計測されたダイシングラインに沿って中削りウェーハ２と氷３６をダイシングする。不凍液はマイナスの温度に冷却した状態で用いる。凝固温度が氷点以下である不凍液を氷点以下で用いるために、不凍液２６が薄板部４を固定している氷３６を溶かすことがなく、薄板部４を氷３６によってダイシングリング１２に固定した状態でダイシングすることができる。ダイシング後の半導体装置２２が飛び散ることがない。ダイシングすると、ダイシング後の半導体装置２２の間にダイシング溝３８が形成される。

ダイシング後、ステージ１６からダイシングリング１２が外される。このとき図９に示すように、ダイシングされた半導体装置２２は氷３６を介してダイシングテープ１４に固定された状態で、ステージ１６から剥がされる。
その後、ダイシングにより形成されたダイシング溝３８にスペーサ４０をはめ込む。スペーサ４０にはダイシング溝３８に入り込む分離壁４０ａが形成されており、中削りウェーハ２にスペーサ４０を重ね合わせると、分離壁４０ａがダイシング溝３８に入り込む。
さらにダイシングテープ１４のうち、氷３６が貼り付いている範囲に開口４２を形成する。この状態でウェーハ２と氷３６を加熱して約８０度まで昇温させる。すると、氷３６は溶解して純水３４にもどり、開口４２から放出４４される。ダイシングされている半導体装置２２は、スペーサ４０の分離壁４０ａによって案内されて、ダイシングテープ１４に直接接触する位置に移動する。ダイシング後の半導体装置２２の位置がずれ、半導体装置２２同士が接触し、損傷することがない。

純水３４を中削り領域６から完全に放出４４したのち、スペーサ４０をとる。これにより図１０に示すように、ダイシング後の半導体装置２２は、ダイシングテープ１４上に配置される。ダイシング後の半導体装置２２は、ダイシング前の位置関係を保っている。即ち、裏面が平坦なウェーハをダイシングしたのと同一の結果が得られる。このために、既存のダイピック装置を利用することによって、ダイシングされた半導体装置２２をトレー４８に回収することができる。

本実施例では、液体を凝固させて中削りウェーハの裏面を平坦化する処理と、凝固物を溶融して除去する処理をダイシング装置外で実施する。ダイシング装置ではダイシングテープを利用して中削りウェーハを脱着する。ダイシング装置で実施する手順は、裏面が平坦なウェーハを処理する場合と同じであり、ダイシング装置の稼働率を低下させることはない。

（ａ）は中削りウェーハ２を裏面２ａ側から斜視した図であり、（ｂ）はその断面図である。 中削りウェーハ２の裏面２ｂをダイシングテープ１４によってダイシングリング１２に固定した図である。従来技術の問題を示す。 図２のように固定した中削りウェーハ２をダイシングする様子を示している。従来技術の問題を示す。 中削りウェーハ２のリング状の厚肉部８の形状を測定している図である。 中削りウェーハ２の中削り領域６に純水３４を注入した図である。 図５の中削りウェーハ２を冷却した図である。 中削り領域６に氷３６を充填した中削りウェーハ２の裏面２ｂをダイシングテープ１４によってダイシングリング１２に固定した図である。 図７のように固定した中削りウェーハ２をダイシングする様子を示している。 ダイシング溝３８にスペーサ４０をはめ込み、ダイシングテープ１４に開口４２を形成した様子を示す。 半導体装置２２をトレー４８に回収する図である。

符号の説明

２・・・・・中削りウェーハ
２ａ・・・・中削りウェーハの表面
２ｂ・・・・中削りウェーハの裏面
４・・・・・薄板部
４ａ・・・・薄板部の表面
４ｂ・・・・薄板部の裏面
６・・・・・中削り領域
８・・・・・リング状の厚肉部
８ａ・・・・リング状の厚肉部の表面
８ｂ・・・・リング状の厚肉部の裏面
８ｃ・・・・リング状の厚肉部の幅
８ｄ・・・・リング状の厚肉部の高さ
８ｅ・・・・リング状の厚肉部のＲ形状
１０・・・・半導体装置
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ・・・半導体装置
１２・・・・ダイシングリング
１４・・・・ダイシングテープ
１６・・・・ステージ
１８・・・・ダイシングブレード
２０・・・・冷却水
２２・・・・ダイシング後の半導体装置
２４・・・・ダイシングラインの計測装置
２６・・・・不凍液
３２・・・・形状測定装置
３４・・・・純水
３６・・・・氷
３６ｂ・・・氷の裏面
３８・・・・ダイシング溝
４０・・・・スペーサ
４０ａ・・・スペーサの分離壁
４２・・・・開口
４４・・・・純水の放出
４８・・・・トレー

Claims (4)

1. ウェーハをダイシングする工程を経て、複数個の半導体装置を製造する方法であり、
   前記ウェーハに、前記複数個の半導体装置を形成する工程と、
   前記ウェーハの裏面の中央部を研磨することによって、前記ウェーハの中央部を前記半導体装置に必要な厚みにまで薄板化して周辺部にリング状の厚肉部を残す工程と、
   前記リング状の厚肉部で取り囲まれている薄板化された領域のみに凝固性の液体を注入する工程と、
   前記ウェーハと前記液体を冷却して前記液体を凝固させる工程と、
   前記ウェーハの前記リング状の厚肉部の裏面と前記液体が凝固した凝固物の裏面側の露出面を、ダイシングテープを介してダイシングリングに固定する工程と、
   前記ダイシングリングをステージに固定する工程と、
   前記ダイシングリングに固定された前記ウェーハを、隣接する半導体装置の間を通過するダイシングラインに沿ってダイシングする工程と、
   を備えており、
   前記ウェーハを前記ダイシングリングに固定する工程では、前記ウェーハの前記リング状の厚肉部の裏面と、前記液体が凝固した凝固物の裏面側の露出面とが同一平面に位置していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 液体を注入する工程の前に、前記リング状の厚肉部で取り囲まれている薄板化された領域の容積を特定する工程を備えており、
   液体を注入する工程では、前記工程で特定された容積を当該液体の凝固時の容積膨張率で除した量の液体を注入することを特徴とする請求項１の半導体装置の製造方法。
3. 前記ダイシング工程では、ダイシングブレードによってダイシングが行われるとともに、前記液体の凝固温度以下の凝固温度を有する不凍液を使用することを特徴とする請求項１又は２の製造方法。
4. 前記ダイシング工程後に、
   前記ダイシングテープと前記ダイシングリングに前記ウェーハと前記凝固物が貼り付いた状態で、前記ダイシングリングを前記ステージから剥がす工程と、
   分離壁が形成されているスペーサを前記ウェーハに重ね合わせることによって、前記スペーサの分離壁を前記ダイシング工程で形成されたダイシング溝に挿入する工程と、
   前記ダイシングテープの前記凝固物に密着している範囲内に開口を形成する工程と、
   前記ウェーハと前記凝固物を加熱して前記凝固物を溶融する工程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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