(57)【要約】【課題】常温時における積層基板の反りを抑制し、かつ、好適な接着品質を得ることが可能な半導体ウエハと支持板とを貼りあわせる技術を提供する。【解決手段】  半導体装置を製造する方法であって、半導体ウエハと、前記半導体ウエハと熱膨張率が異なる支持板を、加熱状態で、接着剤を介して貼りあわせる工程と、前記半導体ウエハと前記支持板を貼りあわせた積層基板を前記貼りあわせる工程における温度から冷却しながら、前記積層基板が前記支持板と前記半導体ウエハのうちの前記熱膨張率が大きい側に凸状に反るように前記積層基板に荷重を加える工程を備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置を製造する方法であって、
半導体ウエハと、前記半導体ウエハと熱膨張率が異なる支持板を、加熱しながら接着剤を介して貼りあわせる工程と、
前記半導体ウエハと前記支持板を貼りあわせた積層基板を前記貼りあわせる工程における温度から温度を低下させながら、前記積層基板が前記支持板と前記半導体ウエハのうちの前記熱膨張率が大きい側に凸状に反るように前記積層基板に荷重を加える工程、
を備える方法。
【請求項２】
前記荷重を加える工程では、前記接着剤のガラス転移点より高い温度で前記荷重を加える請求項１の方法。
【請求項３】
前記荷重を加える工程では、前記積層基板の温度が前記ガラス転移点より低い温度になるまで、前記荷重を加えた状態を維持する請求項２の方法。
【請求項４】
前記貼りあわせる工程では、前記半導体ウエハと前記支持板が平坦な状態で、前記半導体ウエハと前記支持板を貼りあわせる請求項１〜３のいずれか一項の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハと支持板とを接着剤を介して貼りあわせる技術が存在する。このように半導体ウエハを支持板により補強することで、半導体ウエハの破損を防止しながら、半導体ウエハを取り扱うことができる。
【０００３】
なお、特許文献１には、ウエハが貼り付けられている支持板を支持する支持具が開示されている。また、特許文献２には、ウエハと支持板とを貼りあわせる技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１８２２３４
【特許文献２】特開２０１４−２７１１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多くの場合、半導体ウエハと支持板は、加熱状態で貼りあわせられる。このように加熱状態で貼りあわせを行う場合、半導体ウエハと支持板との積層基板を常温まで冷却すると、半導体ウエハと支持板との熱膨張率の差によって積層基板に反りが生じてしまう場合がある。
【０００６】
この問題に対し、例えば特許文献１に開示されているような支持具を用いて、半導体ウエハと支持板に予め反りを加えながら、これらを貼りあわせることが考えられる。熱膨張率の差によって反りが生じる方向とは反対向きに特許文献１の支持具を用いて反りを加えることで、熱膨張率の差による反りを矯正することができる。これによって、常温において反りがほぼ生じていない積層基板を得ることができる。しかしながら、この方法では、半導体ウエハと支持板とを反った状態で貼りあわせるため接着剤に加わる荷重が不均一になる。そのため、半導体ウエハと支持板との間に介在している接着剤量に疎密が発生し、好適な接着品質が得られない。
【０００７】
また、特許文献２には、加熱状態で貼りあわせた積層基板を冷却する際に、半導体ウエハと支持板の間に温度差を設けることで、常温時の積層基板の反りを抑制することが記載されている。しかしながら、半導体ウエハと支持板の間に生じさせることが可能な温度差には限界があるため、この方法では、積層基板の反りを適切に抑制することはできない。
【０００８】
したがって、本明細書では、常温時における積層基板の反りを抑制し、かつ、好適な接着品質を得ることが可能な半導体ウエハと支持板とを貼りあわせる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書は半導体装置を製造する方法を提供する。この方法は、半導体ウエハと、前記半導体ウエハと熱膨張率が異なる支持板を、加熱しながら接着剤を介して貼りあわせる工程と、前記半導体ウエハと前記支持板を貼りあわせた積層基板を前記貼りあわせる工程における温度から温度を低下させながら、前記積層基板が前記支持板と前記半導体ウエハのうちの前記熱膨張率が大きい側に凸状に反るように前記積層基板に荷重を加える工程を備える。
【００１０】
この方法では、熱膨張率が互いに異なる半導体ウエハと支持板とを接着剤を介して加熱状態で貼りあわせた後に、冷却しながら積層基板が凸状に反るように積層基板に荷重を加える。その後に積層基板が冷却される過程において、半導体ウエハと支持板のうちの熱膨張率が大きい方がより大きく収縮する。これによって、荷重によって生じた積層基板の反りが解消される。結果として、常温状態での積層基板の反りを抑制することができる。さらに、貼りあわせ工程では半導体ウエハと支持板に反りを生じさせる必要がないため、接着剤全体に均一に荷重を加えることができる。このため、接着剤量に疎密が発生し難く、好適な接着品質を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
上記の半導体装置の製造方法によれば、常温時に積層基板が反ることを抑制しつつ、貼りあわせ品質を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】支持板２０に接着剤５０を塗布する工程の説明図。
【図２】貼りあわせ機の説明図。
【図３】ステージ４０ｂ上に半導体ウエハ１０と支持板２０を載置する工程の説明図。
【図４】半導体ウエハ１０と支持板２０を貼りあわせる工程の説明図。
【図５】積層基板３０を冷却する際の温度プロファイルを示すグラフ。
【図６】積層基板３０を変形させる工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施形態の半導体装置の製造方法では、半導体ウエハを支持板に貼り付けて半導体ウエハを補強し、補強された半導体ウエハに対して加工を行う。
【００１４】
まず、図１に示すように、支持板２０上に接着剤５０を塗布する。支持板２０は、石英により構成されている。支持板２０の線膨張係数は、約０．５×１０−６（Ｋ−１）である。接着剤５０は、熱可塑性樹脂である。図１に示すように支持板２０上に接着剤５０を塗布したら、支持板２０を加熱（ベーク処理）する。これによって、接着剤５０から溶剤を蒸発させ、接着剤５０を半硬化させる。
【００１５】
次に、図２の貼りあわせ機４０を用いて、支持板２０を半導体ウエハに貼り付ける。まず、貼りあわせ機４０の構造について説明する。貼りあわせ機４０は、上部ブロック４０ａとステージ４０ｂを有している。上部ブロック４０ａは、ステージ４０ｂから間隔を開けてステージ４０ｂの上部に配置されており、ステージ４０ｂに向かって移動することができる。上部ブロック４０ａは、中央ブロック４２ａと外周ブロック４１ａを有している。外周ブロック４１ａの中央部には、貫通孔が形成されている。その貫通孔内に、中央ブロック４２ａが配置されている。図２においては、中央ブロック４２ａの下面と外周ブロック４１ａの下面が同一平面上に配置されている。すなわち、上部ブロック４０ａの下面が平坦となっている。中央ブロック４２ａは、外周ブロック４１ａに対して移動することができる。中央ブロック４２ａは、図２に示す位置から外周ブロック４１ａに対して下側に移動することができる。
【００１６】
ステージ４０ｂは、中央ブロック４２ｂと外周ブロック４１ｂを有している。外周ブロック４１ｂの中央部には、貫通孔が形成されている。その貫通孔内に、中央ブロック４２ｂが配置されている。図２においては、中央ブロック４２ｂの下面と外周ブロック４１ｂの下面が同一平面上に配置されている。すなわち、ステージ４０ｂの上面が平坦となっている。中央ブロック４２ｂは、外周ブロック４１ｂに対して移動することができる。中央ブロック４２ｂは、図２に示す位置から外周ブロック４１ｂに対して下側に移動することができる。
【００１７】
次に、貼りあわせ機４０を用いて支持板２０と半導体ウエハとを貼りあわせる工程について説明する。まず、図３に示すように、平坦なステージ４０ｂ上に半導体ウエハ１０を載置する。なお、半導体ウエハ１０は、シリコンにより構成されている。半導体ウエハ１０の線膨張係数は、約３×１０−６（Ｋ−１）である。すなわち、半導体ウエハ１０の熱膨張率は、支持板２０の熱膨張率よりも大きい。なお、半導体ウエハ１０には、予め半導体素子構造が形成されていてもよいし、半導体素子構造が形成されていなくてもよい。ステージ４０ｂ上に半導体ウエハ１０を載置する際には、半導体ウエハ１０の外周部が外周ブロック４１ｂと接触し、半導体ウエハ１０の中央部が中央ブロック４２ｂと接触するように載置する。次に、上述したベーク処理後の支持板２０を、図３に示すように、半導体ウエハ１０上に載置する。ここでは、接着剤５０が下側となるようにして支持板２０を載置することで、接着剤５０を半導体ウエハ１０に接触させる。以下では、支持板２０と接着剤５０と半導体ウエハ１０をまとめて、積層基板３０と呼ぶ。
【００１８】
次に、図示しないヒータによって積層基板３０を加熱する。ここでは、積層基板３０を約３００℃に加熱する。また、積層基板３０を加熱しながら、上部ブロック４０ａをステージ４０ｂに向かって移動させる。これによって、図４に示すように、上部ブロック４０ａを積層基板３０の上面に接触させる。ここでは、上部ブロック４０ａの下面が平坦な状態で、上部ブロック４０ａを積層基板３０の上面に接触させる。また、ここでは、積層基板３０の中央部を中央ブロック４２ａと接触させ、積層基板３０の外周部を外周ブロック４１ａと接触させる。上部ブロック４０ａが積層基板３０の上面に接触すると、積層基板３０が上部ブロック４０ａとステージ４０ｂの間に挟まれる。その後、積層基板３０を加熱した状態に維持しながら、上部ブロック４０ａとステージ４０ｂによって、積層基板３０に荷重を加える。これによって、接着剤５０を半導体ウエハ１０に密着させる。
【００１９】
図４に示すように、積層基板３０は、上部ブロック４０ａの平坦な下面とステージ４０ｂの平坦な上面に挟まれた状態で加圧される。このように、積層基板３０が、平坦な平面の間に挟まれた状態で荷重を受けるので、接着剤５０には面内で均一に荷重が加わる。接着剤５０に加わる荷重が均一なので、位置によって接着剤５０の量に疎密が生じ難い。このため、接着剤５０が均一に半導体ウエハ１０と密着する。したがって、接着剤５０と半導体ウエハ１０との間にボイドが発生することが抑制される。また、接着剤５０に加わる荷重が均一なので、接着剤５０の厚みが面内で均一となる。すなわち、接着剤５０の厚みに、位置によるばらつきが生じ難い。したがって、積層基板３０の厚みに、位置によるばらつきが生じ難い。
【００２０】
例えば、上記のように積層基板３０を３００℃に加熱した状態において、積層基板３０を反らせると、積層基板３０に加わる荷重が位置によって異なることとなる。この場合、接着剤５０に加わる荷重が不均一となり、接着剤５０が多い部分と接着剤５０の少ない部分が生じてしまう。すると、接着剤５０が少ない部分でボイドが発生し易い。また、接着剤５０の厚みのばらつきが生じ易い。図４に示す工程では、このようなボイドの問題及び接着剤５０の厚みのばらつきの問題を抑制することができる。
【００２１】
次に、ヒータを停止して、積層基板３０を冷却する。図５は、冷却工程における積層基板３０の温度（より詳細には、接着剤５０の温度）のプロファイルを示している。積層基板３０の温度が３００℃から２００℃に低下するまでの間は、図４に示すように平面によって積層基板３０が挟まれた状態を維持する。積層基板３０の温度が２００℃まで低下したタイミングで、変形工程を実施する。なお、接着剤５０のガラス転移温度は約１７０℃である。変形工程は、ガラス転移温度よりも高い温度で実施される。
【００２２】
変形工程では、図６に示すように、上部ブロック４０ａの中央ブロック４２ａを外周ブロック４１ａに対して下側に移動させると共に、ステージ４０ｂの中央ブロック４２ｂを外周ブロック４１ｂに対して下側に移動させる。これによって、積層基板３０が下側（すなわち、半導体ウエハ１０側）に向かって凸状に反るように、積層基板３０に荷重を加える。
【００２３】
このときの接着剤５０の温度は約２００℃であり、接着剤５０の温度はガラス転移点よりも高い。したがって、変形工程においては、接着剤５０は完全には固化していない。このため、図６に示すように積層基板３０に反りを生じさせると、反りに追従して接着剤５０が流動する。但し、接着剤５０は、温度が３００℃の場合に比べて、高い粘性を有している。したがって、接着剤５０が流動する量は制限される。このため、変形工程においても、接着剤５０の厚みは略均一に保たれる。また、変形工程において、接着剤５０にボイドが発生することが抑制される。
【００２４】
変形工程を実施したら、引き続き積層基板３０を冷却する。すなわち、図６に示すように積層基板３０に反りを生じさせた状態を維持しながら、積層基板３０を冷却する。ここでは、積層基板３０の温度が接着剤５０のガラス転移点より低い１６０℃になるまで積層基板３０を冷却する。接着剤５０は、ガラス転移点より低い温度になると、急速に剛性が増して固化する。これによって、半導体ウエハ１０と支持板２０とが、接着剤５０によって固定される。また、積層基板３０を冷却する際には、半導体ウエハ１０と支持板２０が収縮しようとする。しかしながら、図６に示すように半導体ウエハ１０は反った状態で拘束されているため、半導体ウエハ１０と支持板２０はほとんど収縮しない。このため、半導体ウエハ１０と支持板２０のそれぞれの内部に熱応力が発生する。半導体ウエハ１０は支持板２０よりも熱膨張率が高いため、半導体ウエハ１０の内部に発生する熱応力は、支持板２０の内部に発生する熱応力よりも高い。
【００２５】
積層基板３０を１６０℃まで冷却したら、図５に示すように、取出工程を実施する。取出工程では、上部ブロック４０ａを上方に移動させて、積層基板３０を貼りあわせ機４０から取り出す。上部ブロック４０ａを上方に移動させると、積層基板３０の拘束が解除される。すると、半導体ウエハ１０と支持板２０の内部の熱応力が開放されて、半導体ウエハ１０と支持板２０が収縮する。上記の通り、半導体ウエハ１０の内部の熱応力は、支持板２０の内部の熱応力よりも大きい。このため、半導体ウエハ１０は支持板２０よりも大きく収縮する。その結果、積層基板３０の反り（半導体ウエハ１０側が凸状となる反り）が緩和される。その後、積層基板３０が常温まで冷却されるまでの間に、半導体ウエハ１０と支持板２０が異なる比率で収縮することにより、積層基板３０の反りがさらに緩和さる。常温まで冷却された時点で積層基板３０の反りがほぼなくなる。すなわち、積層基板３０が平坦となる。
【００２６】
以上のように平坦な積層基板３０を形成した後に、半導体ウエハ１０に種々の加工を行うことで、半導体装置が製造される。例えば、半導体ウエハ１０の下面が研磨されることで、半導体ウエハ１０が薄板化される。その後、半導体ウエハ１０の下面にイオン注入等によって拡散層が形成され、半導体素子の構造が半導体ウエハ１０の内部に形成される。
【００２７】
以上に説明したように、実施形態の製造方法では、積層基板３０を冷却しながら、積層基板３０に半導体ウエハ１０側が凸状となる反りを生じさせる。積層基板３０がより高温である場合に比べて接着剤５０の粘性が高いため、このように接着剤５０に不均一な荷重を加えても、接着剤５０の量に疎密が発生し難い。したがって、貼りあわせ品質を確保することができる。すなわち、接着剤５０の厚みのばらつきが生じ難く、厚みが均一な積層基板３０を得ることができる。また、接着剤５０内にボイドが発生することを抑制することができる。また、このように、積層基板３０に半導体ウエハ１０側が凸となるように反りを生じさせることで、その後に積層基板３０が冷却される過程で半導体ウエハ１０と支持板２０の収縮率の差により積層基板３０の反りが矯正される。したがって、常温において平坦な積層基板３０を得ることができる。
【００２８】
また、実施形態の製造方法では、接着剤５０のガラス転移点よりも高い温度で変形工程を行うことで、接着剤５０が固化する前に積層基板３０に反りを生じさせることができる。その後、積層基板３０の温度が接着剤５０のガラス転移点よりも低い温度に冷却されるまで積層基板３０を反った状態に拘束する。このため、拘束を解除する時点で接着剤５０が固化しており、拘束を解除するときに半導体ウエハ１０と支持板２０の位置ずれが生じない。このため、好適に平坦な積層基板３０を得ることができる。
【００２９】
また、実施形態の製造方法では、図４に示すように、半導体ウエハ１０と支持板２０が平坦な状態でこれらを貼りあわせる。これによって、より好適に接着剤５０の厚みのばらつきの発生及び接着剤５０内のボイドの発生を抑制することができる。
【００３０】
なお、上述した実施形態では、半導体ウエハ１０の熱膨張率が支持板２０の熱膨張率よりも大きいため、変形工程において半導体ウエハ１０側が凸状となるように積層基板３０に反りを生じさせた。しかしながら、支持板２０の熱膨張率が半導体ウエハ１０の熱膨張率よりも大きい場合には、変形工程において支持板２０側が凸状となるように積層基板３０に反りを生じさせる必要がある。これによって、常温において平坦な積層基板３０を得ることができる。半導体ウエハ１０よりも熱膨張率が高い支持板の材料としては、サファイア等を用いることができる。
【００３１】
また、上述した実施形態では、接着剤５０のガラス転移点（１７０℃）よりも３０℃高い２００℃において変形工程を実施した。このように、ガラス転移点（１７０℃）より高く、かつ、ガラス転移点に４０℃をプラスした温度（２１０℃）よりも低い温度で変形工程を実施することが好ましい。これによって、接着剤５０の厚みのばらつきの発生及び接着剤５０内のボイドの発生をより好適に抑制することができる。
【００３２】
なお、上述した実施形態の方法は、下記の構成を有する。
【００３３】
荷重を加える工程では、接着剤のガラス転移点より高い温度で荷重を加えてもよい。
【００３４】
接着剤は、ガラス転移点を下回った温度になると、急速に剛性、粘性が増すことで流度が低下して固化する。そのため、接着剤の温度がガラス転移点を下回るより前に積層基板に加重が加えられることによって、積層基板を好適に変形させることができる。
【００３５】
荷重を加える工程では、積層基板の温度がガラス転移点より低い温度になるまで、荷重を加えた状態を維持してもよい。
【００３６】
接着剤の温度がガラス転移点を下回ると、接着剤が固化する。そのため、積層基板の温度がガラス転移点より低い温度になるまで、積層基板を反った状態に維持することで、半導体ウエハと支持板が反った状態で固定される。このため、その後に半導体ウエハと支持板とが収縮する際に、半導体ウエハと支持板との位置ずれを防止することができる。
【００３７】
貼りあわせる工程では、半導体ウエハと支持板が平坦な状態で、半導体ウエハと支持板を貼りあわせてもよい。
【００３８】
このように製造されることによって、半導体ウエハと支持板との間に介在する接着剤に疎密が発生することを抑制きる。そのため、接着品質を向上させることができる。
【００３９】
以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０：半導体ウエハ
２０：支持板
３０：積層基板
４０：貼りあわせ機
４０ａ：上部ブロック
４０ｂ：ステージ
５０：接着剤
【図１】
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【図２】
2016046355.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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