特開 2023-114541 半導体製造装置および半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023114541

(43)【公開日】2023-08-18

(54)【発明の名称】半導体製造装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20230810BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022016891

(22)【出願日】2022-02-07

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】布谷 伸仁

(72)【発明者】

【氏名】藤村 一夫

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131BA32

5F131BA52

5F131BA53

5F131CA09

5F131EB02

5F131EB52

5F131EB57

5F131EC33

5F131EC73

5F131EC77

(57)【要約】

【課題】半導体装置の製造歩留まりを向上させる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体製造装置は、第１、第２ステージと、ウェーハ周縁部を保持する周縁保持部と、を備える。前記第１ステージは、樹脂シート上に貼り付けられたウェーハの中央部を、前記樹脂シートを介して支持する。前記ウェーハの前記中央部は、前記樹脂シート上において、前記中央部を囲む周縁部から分離されている。前記第２ステージは、前記第１ステージを囲み、前記樹脂シートの前記第１ステージの外側に位置する外周部は、前記第２ステージに固定される。前記第２ステージは、前記第１ステージに対して相対的に移動可能であり、前記樹脂シートの前記外周部に前記第１ステージの外縁から斜め下方に向かう方向の張力を与える。前記第１および第２ステージは、前記周縁保持部に固定された前記ウェーハの前記周縁部から前記張力により前記樹脂シートを剥離するように相対的に移動する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹脂シート上に貼り付けられたウェーハであって、中央部と前記中央部を囲む周縁部とが分離されたウェーハの前記中央部を、前記樹脂シートを介して支持する第１ステージと、
前記ウェーハの前記周縁部を保持する周縁保持部と、
前記第１ステージを囲み、前記樹脂シートの前記第１ステージの外側に位置する外周部が固定される第２ステージであって、前記樹脂シートの前記外周部に前記第１ステージの外縁から斜め下方に向かう方向の張力を与えるように前記第１ステージに対して相対的に移動可能である第２ステージと、
を備え、
前記第１および第２ステージは、前記周縁保持部に固定された前記ウェーハの前記周縁部から前記張力により前記樹脂シートを剥離するように相対的に移動する半導体製造装置。

【請求項2】

前記ウェーハの前記周縁部から前記樹脂シートを剥離する間、前記周縁保持部は、前記周縁部の上面が前記ウェーハの中央部の上面と同じレベルもしくは前記中央部の前記上面よりも下のレベルになるように、前記周縁部を保持する請求項１記載の半導体製造装置。

【請求項3】

前記ウェーハの前記周縁部と前記樹脂シートとの間に挿入される剥離刃をさらに備える請求項１または２に記載の半導体製造装置。

【請求項4】

前記ウェーハの前記周縁部は、前記第２ステージ上に載置された後、前記周縁部の上面が前記中央部の上面よりも高くならない位置に前記周縁保持部により保持される請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体製造装置。

【請求項5】

前記周縁保持部は、前記ウェーハの前記周縁部上に接する吸着部を有する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体製造装置。

【請求項6】

前記周縁保持部は、前記ウェーハの前記周縁部の外縁を把持する請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体製造装置。

【請求項7】

前記ウェーハの前記中央部は、前記樹脂シートを介して、前記第１ステージ上に吸着される請求項１乃至６のいずれか１つに記載の半導体製造装置。

【請求項8】

複数の半導体素子が設けられた中央部を有するウェーハを、前記中央部を囲む周縁部を残して薄膜化し、
前記ウェーハを貼り付けた樹脂シート上において、前記ウェーハの前記中央部と前記周縁部とを分離し、
前記ウェーハの前記中央部を支持するステージ上に、前記ウェーハを貼り付けた樹脂シートを載置し、
前記ステージの外側に位置する前記樹脂シートの外周部上に貼り付けられた前記ウェーハの前記周縁部を、周縁保持部により保持しながら、前記樹脂シートから剥離した後、前記周縁保持部を移動させることにより、前記周縁部を前記ステージから離れた位置に移動させ、
前記ウェーハの前記中央部を、前記複数の半導体素子のそれぞれを含む複数の半導体チップに分割する、半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記周縁保持部は、前記ウェーハの前記周縁部を前記樹脂シートから剥離する間、前記ウェーハの前記中央部の上面と前記周縁部の上面とが同じレベルに位置するように、前記周縁部を保持する請求項８記載の製造方法。

【請求項10】

前記ウェーハの前記周縁部と前記樹脂シートの間に剥離刃を挿入し、前記周縁部から前記樹脂シートを剥離する請求項８または９に記載の製造方法。

【請求項11】

前記第２ステージを前記第１ステージに対して下方に移動させ、前記樹脂シートを前記ウェーハの周縁部から剥離させる請求項８乃至１０のいずれか１つに記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造過程において、複数の半導体素子が設けられたウェーハの中央部を、周縁部を残して薄膜化する製造方法が用いられる場合がある。このようなウェーハを用いる製造過程では、最終的に周縁部を除去し、残された中央部をダイシングすることにより、複数の半導体チップを形成することが一般的である。しかしながら、周縁部を除去する過程において、薄膜化された中央部にクラック等が生じると、半導体チップの収率が低下する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１７０８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態は、半導体装置の製造歩留まりを向上させる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る半導体製造装置は、第１ステージと、第２ステージと、ウェーハ周縁部を保持する周縁保持部と、を備える。前記第１ステージは、樹脂シート上に貼り付けられたウェーハの中央部を、前記樹脂シートを介して支持する。前記ウェーハの前記中央部は、前記樹脂シート上において、前記中央部を囲む周縁部から分離されている。前記第２ステージは、前記第１ステージを囲む。前記樹脂シートの前記第１ステージの外側に位置する外周部は、前記第２ステージに固定される。前記第２ステージは、前記第１ステージに対して相対的に移動可能であり、前記樹脂シートの前記外周部に前記第１ステージの外縁から斜め下方に向かう方向の張力を与える。前記第１および第２ステージは、前記周縁保持部に固定された前記ウェーハの前記周縁部から前記張力により前記樹脂シートを剥離するように相対的に移動する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係る半導体製造装置を示す模式断面図である。

【図2】実施形態に係る半導体ウェーハを示す模式図である。

【図3】実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。

【図4】実施形態に係る半導体製造装置の動作を示す模式断面図である。

【図5】実施形態の変形例に係る半導体製造装置の動作を示す模式断面図である。

【図6】実施形態の別の変形例に係る半導体製造装置を示す模式断面図である。

【図7】実施形態の他の変形例に係る半導体製造装置を示す模式断面図である。

【図8】比較例に係る半導体製造装置を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

【0008】

さらに、各図中に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交し、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を表す。また、Ｚ方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。

【0009】

図１は、実施形態に係る半導体製造装置１を示す模式断面図である。半導体製造装置１は、薄膜化された中央部１０ａと、中央部１０ａを囲む周縁部１０ｂと、を含む半導体ウェーハ１０（図２参照）から周縁部１０ｂを除去する。半導体製造装置１により処理される半導体ウェーハ１０は、樹脂シート１３上に貼り付けられる。周縁部１０ｂは、樹脂シート１３上において、中央部１０ａから切り離されている。

【0010】

図１に示すように、半導体製造装置１は、第１ステージ２０と、第２ステージ３０と、周縁保持部４０と、を備える。第１ステージ２０は、樹脂シート１３を介して、半導体ウェーハ１０の中央部１０ａを支持する。第２ステージ３０は、第１ステージ２０の周りに設けられる。第２ステージ３０は、例えば、円形の第１ステージ２０を囲むリング状に設けられる。周縁保持部４０は、半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂを保持する。

【0011】

半導体ウェーハ１０の表面に平行な平面視において、樹脂シート１３の第１ステージ２０の外側に位置する外周部は、第２ステージ３０に固定される。樹脂シート１３の外周は、例えば、金属リング１５に固定される。樹脂シート１３は、例えば、第２ステージ３０上に金属リング１５を固定することにより、第２ステージ３０に固定される。

【0012】

第２ステージ３０は、第１ステージ２０に対して相対的に移動可能であり、樹脂シート１３の外周部に、第１ステージ２０の外縁から斜め下方に向かう方向の張力を与える。第１ステージ２０および第２ステージ３０は、例えば、上下に、相対的に移動することにより、樹脂シート１３に張力を与え、周縁保持部４０に固定された半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂから樹脂シート１３を剥離する。

【0013】

第１ステージ２０は、例えば、樹脂シート１３を真空吸着するための空洞２３および吸着孔２５を有する。吸着孔２５は、第１ステージ２０の上面から空洞２３に連通するように設けられる。半導体ウェーハ１０の中央部１０ａは、例えば、図示しない真空ポンプにより空洞２３の内部を減圧し、吸着孔２５を介して第１ステージ２０の上面に載置された樹脂シート１３を吸着することにより、第１ステージ２０上に固定される。

【0014】

周縁保持部４０は、例えば、第１ステージ２０および第２ステージ３０の上方に設けられる。周縁保持部４０は、例えば、半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂに接する吸着部４３を含む。吸着部４３は、例えば、周縁部１０ｂの上面に接し、周縁部１０ｂを真空吸着する。

【0015】

周縁部１０ｂは、第１ステージ２０上に載置された半導体ウェーハ１０の中央部１０ａの上面に対し、例えば、周縁部１０ｂの上面が同じレベル、もしくは、中央部１０ａの上面のレベルよりも下に位置するように保持される。

【0016】

図８は、比較例に係る半導体製造装置を示す部分断面図である。この例では、半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂを除去するために、上方に移動させる過程を表している。このように、半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂが、樹脂シート１３から完全に剥離されていない状態で、周縁部１０ｂの上面が、中央部１０ａの上面よりも高いレベルに位置すると、樹脂シート１３の外周部が持ち上げられ、第１ステージ２０の外縁において、樹脂シート１３が捲れ上がる。このため、第１ステージ２０の上に吸着された半導体ウェーハ１０の中央部１０ａに第１ステージ２０から分離させる応力ＬＦが加わり、中央部１０ａの端にクラック等を生じさせる。

【0017】

実施形態に係る半導体製造装置１では、例えば、樹脂シート１３が周縁部１０ｂから完全に剥離されるまで、周縁保持部４０により、周縁部１０ｂの上面を中央部１０ａの上面と同じレベル、もしくは、中央部１０ａの上面よりも低いレベルに保持する。これにより、第１ステージ２０の外縁における樹脂シート１３の捲れ上がりを防ぎ、中央部１０ａの端におけるクラック等の発生を回避することができる。

【0018】

図２は、実施形態に係る半導体ウェーハ１０を示す模式図である。半導体ウェーハ１０は、円形の中央部１０ａと、中央部１０ａを囲むリング状の周縁部１０ｂと、を含む。半導体ウェーハ１０は、樹脂シート１３の上に貼り付けられ、周縁部１０ｂは、例えば、ダイシングブレードを用いて、中央部１０ａから切り離される。樹脂シート１３の外周は、金属リング１５に固定される。

【0019】

半導体ウェーハ１０は、例えば、周縁部１０ｂを残して裏面側を研削することにより、薄膜化される。中央部１０ａは、例えば、１００マイクロメートル（μｍ）以下の厚さに薄膜化される。周縁部１０ｂは、例えば、３００μｍの厚さを有する。樹脂シート１３は、半導体ウェーハ１０の裏面側に貼り付けられる。

【0020】

次に、図３（ａ）～（ｅ）を参照して、実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図３（ａ）～（ｅ）は、実施形態に係る半導体装置の製造過程を示す模式断面図である。

【0021】

図３（ａ）に示すように、半導体ウェーハ１０の表面側１０ｆに、複数の半導体素子１７を形成する。半導体ウェーハ１０は、例えば、シリコンウェーハである。半導体素子１７は、例えば、ＭＯＳＦＥＴもしくはダイオードである。

【0022】

図３（ｂ）に示すように、半導体ウェーハ１０の裏面側１０ｇを、例えば、研削し、周縁部１０ｂを残して薄膜化する。薄膜化される中央部１０ａは、複数の半導体素子１７を含む。

【0023】

図３（ｃ）に示すように、図示しない樹脂シート１３上において、半導体ウェーハ１０を切断し、中央部１０ａから周縁部１０ｂを切り離す。半導体ウェーハ１０は、例えば、ダイヤモンドブレードを用いて切断される。

【0024】

図３（ｄ）に示すように、半導体ウェーハ１０の中央部１０ａの周りから周縁部１０ｂを除去する。実施形態に係る半導体製造装置１は、この過程において使用される。

【0025】

図３（ｅ）に示すように、半導体ウェーハ１０の中央部１０ａを複数の半導体チップ５０に分断する。半導体チップ５０は、それぞれ、半導体素子１７を含む。半導体ウェーハ１０の中央部１０ａは、例えば、ダイシングブレードにより切断される。また、レーザーダイサーを用いて、半導体ウェーハ１０の中央部１０ａを切断しても良い。

【0026】

図４（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る半導体製造装置１の動作を示す模式断面図である。半導体ウェーハ１０は、金属リング１５に保持された樹脂シート１３上に貼り付けられた状態で処理される（図２参照）。半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂは、中央部１０ａから切り離されている。

【0027】

図４（ａ）に示すように、半導体ウェーハ１０は、樹脂シート１３を介して、第１ステージ２０上および第２ステージ３０上に載置される。半導体ウェーハ１０の中央部１０ａは、第１ステージ２０の上に載置される。周縁部１０ｂは、第２ステージ３０の上に載置される。周縁保持部４０は、吸着部４３が周縁部１０ｂの上面に接するように配置される。金属リング１５は、第２ステージ３０上に固定される。金属リング１５は、例えば、真空吸着により第２ステージ３０上に固定される。

【0028】

第１ステージ２０は、例えば、空洞２３に連通する吸着孔２５を有する。中央部１０ａは、樹脂シート１３を介して、第１ステージ２０上に真空吸着され、固定される。周縁部１０ｂは、樹脂シート１３の第１ステージ２０の外側に位置する外周部上に位置する。周縁部１０ｂは、例えば、周縁保持部４０に吸着され、固定される。周縁保持部４０は、周縁部１０ｂの上面が中央部１０ａの上面と同じレベル、もしくは、それよりも低いレベルに位置するように、周縁部１０ｂを保持する。

【0029】

図４（ｂ）に示すように、第１ステージ２０に対して、第２ステージ３０を下方に移動させる。これにより、樹脂シート１３の外周部には、半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂから斜め下方に向かう張力Ｆｅが加えられる。樹脂シート１３と周縁部１０ｂとの間の粘着力が張力Ｆｅよりも小さければ、周縁保持部４０に固定された周縁部１０ｂから樹脂シート１３を剥離することができる。

【0030】

張力Ｆｅは、樹脂シート１３の引っ張り弾性率に依存する。半導体ウェーハ１０と樹脂シート１３との間の粘着材および樹脂シート１３には、例えば、粘着力が張力Ｆｅよりも小さくなる材料をそれぞれ用いることが好ましい。また、樹脂シート１３として、紫外剥離型粘着シートを用いても良い。すなわち、樹脂シート１３を介して周縁部１０ｂの裏面側に紫外光を照射し、周縁部１０ｂと樹脂シート１３との間の粘着力を低下させることが可能な粘着シートを用いても良い。

【0031】

周縁保持部４０は、周縁部１０ｂの裏面から樹脂シート１３を剥離する間、周縁部１０ｂの上面が中央部１０ａの上面と同じレベルに位置するか、中央部１０ａの上面よりも下に位置するように、周縁部１０ｂを保持することが好ましい。

【0032】

図４（ｃ）に示すように、半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂの裏面から樹脂シート１３を剥離した後、第１ステージ２０の外縁から斜め下方に向かう張力Ｆｅが樹脂シート１３に加わるように、第２ステージ３０をさらに下方に移動させることが好ましい。これにより、第１ステージ２０の外縁における樹脂シート１３の捲れ上がりを防ぎ、中央部１０ａに応力が加わることを回避できる（図８参照）。周縁保持部４０は、周縁部１０ｂを保持した状態で上方に移動し、樹脂シート１３上の中央部１０ａの周りから周縁部１０ｂを除去する。

【0033】

図５（ａ）～（ｃ）は、実施形態の変形例に係る半導体製造装置２の動作を示す模式断面図である。半導体製造装置２は、半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂから樹脂シート１３を剥離するための剥離刃１９をさらに備える。

【0034】

図５（ａ）に示すように、第１ステージ２０および第２ステージ３０の上方に、樹脂シート１３を介して半導体ウェーハ１０を載置した後、第２ステージ３０を下方に移動させることにより、樹脂シート１３の外周部に張力Ｆｅを加える。

【0035】

この例でも、半導体ウェーハ１０の中央部１０ａは、第１ステージ２０上に載置される。周縁部１０ｂは、周縁保持部４０により、第２ステージ３０の上方に保持される。また、周縁保持部４０は、周縁部１０ｂの上面が中央部１０ａの上面と同じレベル、もしくは、それよりも低いレベルに位置するように、周縁部１０ｂを保持する。

【0036】

図５（ｂ）に示すように、剥離刃１９を半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂと樹脂シート１３との間に挿入し、樹脂シート１３を周縁部１０ｂから剥離する。剥離刃１９は、例えば、第１ステージ２０の外縁に沿って回転移動し、周縁部１０ｂの全体を樹脂シート１３から分離する。この間、周縁保持部４０は、周縁部１０ｂの上面が中央部１０ａの上面と同じレベルに位置するか、中央部１０ａの上面よりも下に位置するように、周縁部１０ｂを保持する。

【0037】

図５（ｃ）に示すように、半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂの裏面から樹脂シート１３を剥離した後、第１ステージ２０の外縁から斜め下方に向かう張力Ｆｅが樹脂シート１３に加わるように、第２ステージ３０をさらに下方に移動させることが好ましい。これにより、周縁保持部４０が中央部１０ａの周りから周縁部１０ｂを除去する際に、第１ステージ２０の外縁における樹脂シート１３の捲れ上がりを防ぐことができる。

【0038】

図６は、実施形態の別の変形例に係る半導体製造装置３を示す模式断面図である。半導体製造装置３は、周縁保持部４０に代えて、周縁保持部６０を備える。

【0039】

図６に示すように、周縁保持部６０は、例えば、２つの保持アーム６３を有する。保持アーム６３は、半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂを挟み込むように移動し、周縁部１０ｂを所定のレベルに保持する。半導体製造装置３は、例えば、図４（ａ）～（ｃ）に示す動作により、半導体ウェーハ１０の周縁部１０ｂを除去する。

【0040】

図７は、実施形態の別の変形例に係る半導体製造装置４を示す模式断面図である。半導体製造装置４では、第１ステージ２０は、空洞２３および吸着孔２５に代えて、吸着部材２７を有する。吸着部材２７は、例えば、多孔質のセラミックである。吸着部材２７は、第１ステージ２０の樹脂シート１３を吸着する面内に埋め込まれる。半導体製造装置４では、所謂、ポーラスチャック方式を用いて樹脂シート１３を吸着する。

【0041】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。

【符号の説明】

【0042】

１、２、３、４…半導体製造装置、 １０…半導体ウェーハ、 １０ａ…中央部、 １０ｂ…周縁部、 １０ｆ…表面側、 １０ｇ…裏面側、 １３…樹脂シート、 １５…金属リング、 １７…半導体素子、 １９…剥離刃、 ２０…第１ステージ、 ２３…空洞、 ２５…吸着孔、 ２７…吸着部材、 ３０…第２ステージ、 ４０、６０…周縁保持部、 ４３…吸着部、 ５０…半導体チップ、 ６３…保持アーム、 Ｆｅ…張力、 ＬＦ…応力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】