JP6771410B2 - 支持体、および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、支持体、および半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置を製造するプロセスにおいて、基板の厚みが薄くなるように加工する場合がある。
例えば、システムＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit：大規模集積回路）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＮＡＮＤ／ＮＯＲ型フラッシュメモリ、ＭＲＡＭ（Magneto resistive Random Access Memory：磁気抵抗ランダムアクセスメモリ）、およびＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory：強誘電体ＲＡＭ）などにおいては、多層チップ化や薄型パッケージ化を目的として、基板の裏面側（半導体素子が設けられた面とは反対側の面側）を加工する場合がある。

また、ディスクリート半導体装置においては、導通損失の低減を目的として、基板の裏面側を加工する場合がある。例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）ではオン抵抗（ＲｏｎＡ）の低減、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）ではオン電圧（ＶＣＥ（ｓａｔ））の低減を目的として、基板の裏面側を加工している。
基板の裏面を加工する場合には、基板の表面（半導体素子が設けられた面）と加工装置（例えば、研削装置）のステージとが対峙するようにして、基板がステージ上に載置される。

ここで、基板の表面には、凸部が設けられる場合がある。例えば、基板の表面に設けられた配線を絶縁するために、線状の絶縁膜が基板の表面に設けられる場合がある。凸部が設けられた基板をステージ上に載置すると、凸部により基板が支持されることになる。そのため、加工時の荷重により、基板の凸部が設けられた領域に応力集中が発生し、基板にクラックが発生するおそれがある。

この場合、基板の表面にダミーの凸部を設ければ、応力集中を緩和させることができる。ところが、基板の表面には、例えば、電極や放熱領域などが設けられている。そのため、基板の表面にダミーの凸部を追加すれば、配線や半田付けが困難となったり、放熱性が低下したりするおそれがある。
そこで、基板の表面に要素を追加することなく、基板の裏面を加工する際に発生する応力集中を緩和させることができる技術の開発が望まれていた。

国際公開第２００９／０８１８８０号

本発明が解決しようとする課題は、基板の裏面を加工する際に発生する応力集中を緩和させることができる支持体、および半導体装置の製造方法を提供することである。

実施形態に係る支持体は、半導体素子と、第１の凸部と、が設けられた第１の領域を複数有し、前記複数の第１の領域を覆う保護テープが貼り付けられた基板を支持する支持体である。
この支持体は、それぞれが前記複数の第１の領域と対峙する複数の第２の領域を有する基部と、前記複数の第２の領域のそれぞれに設けられ、前記第１の領域と前記第２の領域とを対峙させた際に、前記第１の領域の前記第１の凸部が設けられていない部分に、前記保護テープを介して接触する第２の凸部と、を備えている。

本実施の形態に係る支持体１を例示するための模式斜視図である。 （ａ）は、領域１０の模式平面図である。（ｂ）は、領域１０の模式断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、他の実施形態に係る支持体１の凸部および孔を例示するための模式図である。 比較例に係る基板１００の裏面加工を例示するための模式断面図である。 凸部１０３ａを例示するための模式平面図である。 本実施の形態に係る基板１００の裏面加工を例示するための模式断面図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（支持体１）
図１は、本実施の形態に係る支持体１を例示するための模式斜視図である。
図２（ａ）は、領域１０（第２の領域の一例に相当する）の模式平面図である。
図２（ｂ）は、領域１０の模式断面図である。
図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、支持体１には、基部１１および凸部１２（第２の凸部の一例に相当する）が設けられている。

基部１１は、板状を呈するものとすることができる。基部１１の一方の主面１１ａは、複数の領域１０に区画されている。複数の領域１０は、マトリクス状に配置されている。複数の領域１０の配置は、載置される基板１００（例えば、半導体ウェーハ）の半導体素子が設けられた複数の領域１０２（第１の領域の一例に相当する）の配置に対応している。そのため、支持体１に基板１００を載置した際には、支持体１の１つの領域１０は、基板１００の１つの領域１０２に対峙する。
すなわち、支持体１は、半導体素子と凸部１０３（第１の凸部の一例に相当する）とが設けられた領域１０２を複数有する基板１００を支持する。支持体１は、それぞれが複数の領域１０２と対峙する複数の領域１０を有する基部１１と、複数の領域１０のそれぞれに設けられた凸部１２と、を備えている。
なお、複数の領域１０の数や配置などは例示をしたものに限定されるわけではなく、載置される基板１００に設けられた複数の領域１０２の数や配置などに応じて適宜変更することができる。

基部１１の平面形状や平面寸法には特に限定はないが、支持体１（基部１１）を加工装置のステージ１０５に保持させることを考慮すると、基部１１の平面形状や平面寸法は、基板１００の平面形状や平面寸法と同様とすることが好ましい。
基部１１の材料や厚みには特に限定はないが、軽量且つある程度の剛性を有する基部１１とすることが好ましい。

基部１１の材料は、例えば、アルミニウムなどの金属、シリコン、樹脂、ガラスなどとすることができる。
基部１１の厚みは、例えば、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下とすることができる。

凸部１２は、基部１１の一方の主面１１ａに複数設けられている。１つの領域１０には、少なくとも１つの凸部１２が設けられている。図１、図２（ａ）、（ｂ）に例示をした支持体１の場合には、１つの領域１０に４つの凸部１２が設けられている。

後述するように、支持体１の複数の凸部１２が設けられた側に基板１００を載置した際には、基板１００が、複数の凸部１２と、基板１００の表面側に設けられた複数の凸部１０３とにより支持される。この場合、凸部１２の高さと凸部１０３の高さとの差が余り大きくなると、応力集中を緩和させる効果が低減することになる。本発明者の得た知見によれば、凸部１２の高さと凸部１０３の高さとの差は、±１μｍ以下となるようにすることが好ましい。この場合、凸部１２の高さは、例えば、１μｍ以上、２０μｍ以下とすることができる。

凸部１２の頂面１２ａは、平坦面とすることが好ましい。凸部１２の頂面１２ａが平坦面となっていれば、基板１００との接触面積を大きくすることができるので、基板１００に局所的で大きな応力が発生するのを抑制することができる。

また、１つの領域１０における凸部１２の頂面１２ａの総面積を大きくすれば、基板１００に局所的で大きな応力が発生するのを抑制することが容易となる。
そのため、１つの領域１０における凸部１２の頂面１２ａの総面積は、０．１２ｍｍ^２以上とすることが好ましい。例えば、１つの領域１０に凸部１２が４つ設けられる場合には、１つの凸部１２の頂面１２ａの面積は、０．０３ｍｍ^２以上とすることが好ましい。この場合、凸部１２が円柱の場合には、１つの凸部１２の直径寸法が、０．２ｍｍ以上となるようにすればよい。なお、後述する図３（ｄ）に示すように、１つの領域１０に１つの凸部１２が設けられる場合には、凸部１２の頂面１２ａの面積が０．１２ｍｍ^２以上となるようにすればよい。

複数の凸部１２の材料には特に限定はなく、加工性を考慮して適宜選択することができる。複数の凸部１２の材料は、例えば、アルミニウムなどの金属、ポリイミドなどの樹脂とすることができる。
複数の凸部１２は基部１１と一体に形成することもできるし、基部１１の主面１１ａに複数の凸部１２を設けることもできる。例えば、切削加工により、複数の凸部１２と基部１１とを一体に形成することができる。また、シリコン、アルミニウム、樹脂、ガラスなどを用いた基部１１の主面１１ａに樹脂をコーティングし、これをパターニングして複数の凸部１２を形成することができる。

また、基部１１には複数の孔１３を設けることができる。複数の孔１３は、基部１１を厚み方向に貫通している。後述する図６に示すように、支持体１は加工装置のステージ１０５の上に載置される。基板１００は支持体１の上に載置される。ステージ１０５には、溝や孔などの吸引部１０５ａが設けられ、吸引部１０５ａは吸引装置に接続されている。吸引部１０５ａに接続された吸引装置により支持体１が吸引され、支持体１がステージ１０５に保持される。この際、基部１１に設けられた複数の孔１３を介して基板１００が吸引され、基板１００が支持体１を介してステージ１０５に保持される。すなわち、複数の孔１３は、基板１００を吸引するために設けられている。

図１に例示をしたように、全ての領域１０に孔１３を設けることができるが、基板１００を保持できるのであれば必ずしも全ての領域１０に孔１３を設ける必要はない。また、１つの領域１０に複数の孔１３を設けることもできる。すなわち、支持体１は、複数の領域１０の少なくとも一部に設けられ、厚み方向を貫通する孔１３を有している。

複数の孔１３は、複数の凸部１２と重ならない位置に設けられている。この場合、複数の孔１３は、等間隔となるように均等に配置されていてもよいし、基部１１の周縁領域と中央領域に偏在していてもよい。複数の孔１３の開口形状には特に限定がなく、複数の凸部１２の配置に応じて適宜変更することができる。なお、図２（ａ）に示したように、複数の孔１３の開口形状を円形とすれば、複数の孔１３の加工が容易となる。

複数の孔１３の数や開口寸法は、必要となる吸引力に応じて適宜変更することができる。例えば、基板１００が８インチウェーハの場合には、直径寸法が１ｍｍ程度の複数の孔１３を、９．８ｍｍピッチでマトリクス状に設けるようにすることができる。

図３（ａ）〜（ｄ）は、他の実施形態に係る支持体１の凸部および孔を例示するための模式図である。
図３（ａ）に示すように、複数の凸部１２ｂの平面形状は多角形とすることができる。図３（ａ）においては、複数の凸部１２ｂの平面形状は四角形としている。複数の凸部１２ｂは、等ピッチでマトリクス状に配置することができる。複数の凸部１２ｂのうちの１つは、領域１０の中心に設けることもできるし、領域１０の中心からズレた位置に設けることもできる。図３（ａ）においては、複数の凸部１２ｂのうちの１つは、領域１０の中心に設けられている。孔１３ａの開口形状は多角形とすることができる。図３（ａ）においては、孔１３ａの開口形状は四角形としている。

図３（ｂ）に示すように、凸部１２の平面形状は円形や楕円形などの曲線からなる図形とすることができる。図３（ｂ）においては、複数の凸部１２の平面形状は円形としている。複数の凸部１２は、等ピッチでマトリクス状に配置することができる。複数の凸部１２のうちの１つは、領域１０の中心に設けることもできるし、領域１０の中心からズレた位置に設けることもできる。図３（ｂ）においては、複数の凸部１２のうちの１つは、領域１０の中心に設けられている。孔１３は複数設けることができる。複数の孔１３の開口形状は円形や楕円形などの曲線からなる図形とすることができる。図３（ｂ）においては、複数の孔１３の開口形状は円形としている。

また、図３（ａ）、（ｂ）においてはマトリクス状に配置された複数の凸部１２、１２ａを例示したが、複数の凸部１２、１２ａは円周上や同心円上に設けることもできる。また、複数の凸部１２、１２ａは前述した様な規則的な配置とすることもできるし、ランダムな位置に設けることもできる。

図３（ｃ）に示すように、凸部１２ｃの平面形状は複数の直線部分が交差する形状とすることができる。図３（ｃ）においては、凸部１２ｃの平面形状は升目状としている。この場合、升目状の直線部分は等ピッチで配置されていてもよいし、ランダムな位置に設けられていてもよい。また、複数の直線部分は互いに平行となっていてもよいし、平行となっていなくてもよい。

図３（ｄ）に示すように、凸部１２ｄの数は１つとすることもできる。凸部１２ｄの数を１つとする場合には、凸部１２ｄの頂面の面積を大きくすれば良い。例えば、前述したように、凸部１２ｄの頂面１２の面積が０．１２ｍｍ^２以上となるようにすればよい。凸部１２ｄの平面寸法が大きくなる場合には、平面視における凸部１２ｄの角部にＣ面取りやＲ面取りを施すこともできる。図３（ｄ）においては、平面視における凸部１２ｄの角部にＲ面取りを施している。

また、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、支持体１に基板１００を載置した際には、支持体１の１つの領域１０は、基板１００の１つの領域１０２と対峙する。また、領域１０２の周縁には凸部１０３が設けられている。そして、後述する図６に示すように、支持体１と基板１００との間には保護テープ１０４が設けられている。そのため、平面視において、凸部１２、１２ｂ〜１２ｄの外縁と、凸部１０３の内縁との間の最短距離Ｌ１が余り短くなると保護テープ１０４が屈曲しにくくなり、凸部１２、１２ｂ〜１２ｄと基板１００との間に隙間が生じたり、凸部１０３と基部１１との間に隙間が生じたりするおそれがある。
本発明者の得た知見によれば、保護テープ１０４の厚みをＴ（ｍｍ）とした場合に、「Ｌ１≧２Ｔ」となるようにすれば、凸部１２、１２ｂ〜１２ｄと基板１００との間に隙間が生じたり、凸部１０３と基部１１との間に隙間が生じたりするのを抑制することができる。

次に、支持体１の作用について例示をする。
図４は、比較例に係る基板１００の裏面加工を例示するための模式断面図である。
基板１００の表面１００ａには図示しない半導体素子や配線が設けられている。
図４に示すように、基板１００の表面１００ａは複数の領域１０２に区画され、複数の領域１０２のそれぞれに半導体素子や配線が設けられている。後述するように、基板１００は領域１０２の周縁に沿って切断され、複数の半導体装置１０１が製造されることになる。

ここで、半導体装置１０１と外部の回路との接続を容易とするために、半導体装置１０１の周縁近傍には配線が設けられている。そして、半導体装置１０１の周縁近傍に設けられた配線を絶縁するために凸部１０３がさらに設けられる場合がある。凸部１０３は、例えば、ポリイミドなどの樹脂を用いた線状の絶縁膜である。凸部１０３の高さは、例えば、１５μｍ程度である。

基板１００の裏面１００ｂを加工する場合には、基板１００の保護テープ１０４が貼り付けられた側と加工装置（例えば、研削装置）のステージ１０５とが対峙するようにして、基板１００がステージ１０５の上に載置される。また、吸引部１０５ａに接続された吸引装置によりにより保護テープ１０４を介して基板１００が吸引され、基板１００がステージ１０５に保持される。
この際、凸部１０３により基板１００が支えられることになる。

この様な状態で基板１００の裏面１００ｂを加工すると、加工時の荷重Ｐにより、基板１００の凸部１０３が設けられた領域に応力集中が発生し、基板１００にクラック１０６が発生するおそれがある。クラック１０６は、凸部１０３の高さが高くなるほど発生しやすくなる。

この場合、基板１００の表面１００ａにダミーの凸部１０３ａを設ければ、応力集中を緩和させることができる。
図５は、凸部１０３ａを例示するための模式平面図である。
図５に示すように、平面視において、領域１０２の周縁を囲む様に設けられた凸部１０３の内部にダミーの凸部１０３ａを設ければ、応力集中を緩和させることができる。
ところが、領域１０２には、半導体素子や配線が設けられるとともに、電極や放熱領域などが設けられている。そのため、基板１００の表面１００ａにダミーの凸部１０３ａを追加すれば、配線や半田付けが困難となったり、放熱性が低下したりするおそれがある。 この場合、ステージ１０５に凸部１０３ａを設けると、領域１０２の形状や大きさが変わった場合、例えば、半導体装置１０１の品種が変わった場合に迅速な対応が図れなくなる。
そこで、本実施の形態に係る基板１００の裏面加工においては、基板１００とステージ１０５との間に支持体１を設けるようにしている。

図６は、本実施の形態に係る基板１００の裏面加工を例示するための模式断面図である。
図６に示すように、基板１００の表面１００ａおよび凸部１０３は、保護テープ１０４により覆われている。すなわち、保護テープ１０４は、複数の領域１０２を覆っている。保護テープ１０４は、いわゆるダイシングテープとすることができる。保護テープ１０４の基板１００側は粘着性を有し、保護テープ１０４の基板１００側とは反対側は粘着性を有していない。保護テープ１０４の厚みは、例えば、０．０８ｍｍ程度とすることができる。

支持体１はステージ１０５の上に載置されている。基部１１の、複数の凸部１２が設けられた側（複数の領域１０が設けられた側）と反対側の面は、ステージ１０５と対峙している。また、基板１００の保護テープ１０４が貼り付けられた側と、基部１１の複数の凸部１２が設けられた側とが対峙するようにして、基板１００が支持体１の上に載置されている。すなわち、基板１００の複数の領域１０２を支持体１の複数の領域１０と対峙させている。前述したように、吸引部１０５ａに接続された吸引装置により支持体１が吸引され、支持体１がステージ１０５に保持される。この際、基部１１に設けられた複数の孔１３を介して保護テープ１０４が貼り付けられた基板１００がステージ１０５に保持される。

基部１１には凸部１２が設けられているので、図６に示すように、凸部１２と凸部１０３により基板１００が支えられることになる。また、前述したように、凸部１２の高さと凸部１０３の高さとの差は小さくされている。

この様な状態で基板１００の裏面１００ｂを加工すると、加工時の荷重Ｐにより、基板１００の凸部１０３が設けられた領域や、基板１００の凸部１２が接触する領域に応力集中が発生する。しかしながら、凸部１２の高さと凸部１０３の高さとの差は小さくされているので、発生する応力集中を緩和させることができる。そのため、基板１００にクラック１０６が発生するのを抑制することができる。
この場合、凸部１２の高さと凸部１０３の高さとの差を±１μｍ以下としたり、１つの領域１０における凸部１２の頂面１２ａの総面積を０．１２ｍｍ^２以上としたりすれば、応力集中を緩和させることが容易となる。

また、保護テープ１０４の厚みをＴ（ｍｍ）とした場合に、「Ｌ１≧２Ｔ」となるようにすれば、凸部１２と基板１００との間に隙間が生じたり、凸部１０３と基部１１との間に隙間が生じたりするのを抑制することができる。

また、半導体装置１０１の複数の品種に対応して複数種類の支持体１を備えておけば、半導体装置１０１の品種が変わった場合に迅速な対応を図ることができる。この場合、支持体１の構成は簡易であり、支持体１の数も少なくて済むので製造コストが大幅に増大することはない。

（半導体装置の製造方法）
まず、基板１００の表面１００ａを複数の領域１０２に区画し、複数の領域１０２のそれぞれに半導体素子、配線、電極、放熱領域などの要素を順次形成する。また、複数の領域１０２のそれぞれに凸部１０３を形成する。
続いて、複数の領域１０２を覆うように保護テープ１０４を貼り付ける。
これらの形成には、既知の半導体製造プロセスを適用することができるので、詳細な説明は省略する。

次に、基板１００の裏面１００ｂ（領域１０２が設けられた側とは反対側の面）を加工する。
まず、加工装置のステージ１０５の上に支持体１を載置する。基部１１の、凸部１２が設けられた側と反対側の面は、ステージ１０５と対峙させる。
続いて、基板１００の保護テープ１０４が貼り付けられた側と、基部１１の凸部１２が設けられた側とが対峙するようにして、基板１００を支持体１の上に載置する。
続いて、吸引部１０５ａに接続された吸引装置により支持体１を吸引し、支持体１をステージ１０５に保持させる。この際、基部１１に設けられた複数の孔１３を介して保護テープ１０４が貼り付けられた基板１００がステージ１０５に保持される。
続いて、加工装置に設けられた研削砥石などの工具を用いて基板１００の裏面１００ｂを加工する。なお、加工手順や加工条件には既知の技術を適用することができるので詳細な説明は省略する。
加工が終了した場合には、吸引装置による吸引を停止し、加工装置から基板１００を取り外す。

次に、基板１００を領域１０２の周縁に沿って切断し、複数の半導体装置１０１を個片化する。基板１００の切断は、既知のダイシング装置などを用いて行うことができるので詳細な説明は省略する。
以上の様にして半導体装置１０１を製造することができる。

以上に説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は以下の工程を備えることができる。
支持体１を加工装置のステージ１０５に載置する工程。
支持体１の上に、半導体素子と、凸部１０３と、が設けられた領域１０２を複数有する基板１００を載置する工程。
基板１００の、領域１０２が設けられた側とは反対側の面を加工する工程。
そして、支持体１を加工装置のステージ１０５に載置する工程において、支持体１の複数の領域１０が設けられる側とは反対側の面を、ステージ１０５と対峙させ、基板１００を載置する工程において、基板１００の複数の領域１０２を支持体１の領域１０と対峙させるようにする。
この場合、基板１００は、複数の領域１０２を覆う保護テープ１０４をさらに有することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ 支持体、１０ 領域、１１ 基部、１１ａ 主面、１２ 凸部、１２ａ 頂面、１２ｂ〜１２ｄ 凸部、１３ 孔、１００ 基板、１００ａ 表面、１００ｂ 裏面、１０１ 半導体装置、１０２ 領域、１０３ 凸部、１０３ａ 凸部、１０４ 保護テープ、１０５ ステージ、１０６ クラック

Claims (6)

1. 半導体素子と、第１の凸部と、が設けられた第１の領域を複数有し、前記複数の第１の領域を覆う保護テープが貼り付けられた基板を支持する支持体であって、
   それぞれが前記複数の第１の領域と対峙する複数の第２の領域を有する基部と、
   前記複数の第２の領域のそれぞれに設けられ、前記第１の領域と前記第２の領域とを対峙させた際に、前記第１の領域の前記第１の凸部が設けられていない部分に、前記保護テープを介して接触する第２の凸部と、
   を備えている支持体。
2. 前記支持体は、前記複数の第２の領域の少なくとも一部に設けられ、厚み方向を貫通する孔をさらに備えている請求項１記載の支持体。
3. 前記基部は、シリコン、金属、樹脂、およびガラスの少なくともいずれかを含み、
   前記第２の凸部は、樹脂を含む請求項１または２に記載の支持体。
4. 前記基部および前記第２の凸部は、金属を含み、一体に設けられている請求項１または２に記載の支持体。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の支持体を加工装置のステージに載置する工程と、
   前記支持体の上に、半導体素子と、第１の凸部と、が設けられた第１の領域を複数有し、前記複数の第１の領域を覆う保護テープが貼り付けられた基板を載置する工程と、
   前記基板の、前記第１の領域が設けられた側とは反対側の面を加工する工程と、
   を備え、
   前記支持体を加工装置のステージに載置する工程において、前記支持体の複数の第２の領域が設けられる側とは反対側の面を、前記ステージと対峙させ、
   前記基板を載置する工程において、前記基板の複数の第１の領域を前記支持体の複数の第２の領域と対峙させるとともに、前記第２の領域に設けられた第２の凸部を前記第１の領域の前記第１の凸部が設けられていない部分に、前記保護テープを介して接触させる半導体装置の製造方法。
6. 前記基板は、前記複数の第１の領域を覆う保護テープをさらに有する請求項５記載の半導体装置の製造方法。

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