半導体装置の製造方法および製造装置

【課題】支持基板に貼り合わせたウエハの歩留まりを上げることができる半導体装置の製造方法および製造装置を提供すること。
【解決手段】実施形態の半導体装置の製造方法は、第１工程、第２工程および第３工程を含む。第１工程は、半導体素子が形成されたウエハの表面を支持基板に貼り合わせる。第２工程は、ウエハの裏面を研削して、ウエハを所定の厚さにする。第３工程は、ウエハの周縁部を支持基板の一部に達するまで研磨して、周縁部を除去する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面側に半導体素子が形成された基板の裏面を研削して薄くし、裏面側に開口を形成することで、表面側に形成された半導体素子との導通や集光の高効率化を図った半導体装置が知られている。
【０００３】
かかる半導体装置の製造方法の一つとして、支持基板でウエハを保持して、ウエハの裏面側を研削する方法がある。例えば、半導体素子が形成されたウエハの表面を支持基板上に貼り合わせ、目の粗い砥石などを用いてウエハの裏面側を研削して、ウエハを数μm程度まで薄膜化させ、その後、ウエハの裏面側に開口を形成する方法がある。
【０００４】
ウエハの外周部が先細りの形状となっている場合、ウエハの外周部は平坦でなくなるため、ウエハの外周部と支持基板との固定度合いが低くなる。そのため、ウエハの裏面側を研削する際に、ウエハの周縁部が剥がれたり、欠けたりする現象が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７３９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、支持基板に貼り合わせたウエハの歩留まりを上げることができる半導体装置の製造方法および製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。半導体装置の製造方法は、第１工程、第２工程および第３工程を含む。前記第１工程は、半導体素子が形成されたウエハの表面を支持基板に貼り合わせる。前記第２工程は、前記ウエハの裏面を研削して、前記ウエハを所定の厚さにする。前記第３工程は、前記ウエハの周縁部を前記支持基板の一部に達するまで研磨して、前記周縁部を除去する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態にかかる製造方法を説明するための図。
【図２】実施形態にかかる製造方法を説明するためのフローチャート。
【図３】実施形態にかかる製造方法の工程を示す外観模式図。
【図４】実施形態にかかる製造方法の工程を示す断面模式図。
【図５】実施形態にかかる製造方法の工程を示す断面模式図。
【図６】実施形態にかかる製造装置の構成を示す図。
【図７】図６に示す研磨ヘッド機構の構成を示す図。
【図８】実施形態にかかる製造装置によりウエハの周縁部を除去する方法の説明図。
【図９】実施形態にかかる製造装置によりウエハの周縁部を除去する方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体装置の製造方法および製造装置を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下では、半導体装置の製造方法を単に「製造方法」と、半導体装置の製造装置を単に「製造装置」と、それぞれ記載する。
【００１０】
図１を参照して、実施形態にかかる製造方法を説明する。図１は、実施形態にかかる製造方法を説明するための図である。
【００１１】
まず、デバイス領域に半導体素子を形成したウエハを準備する。ここで半導体素子を形成するウエハとして、例えば、シリコンウエハや化合物半導体ウエハなどが用いられるが、これに限られない。
【００１２】
つづいて、デバイス領域が形成されたウエハの表面を支持基板に貼り合わせ、ウエハの裏面側を目の粗い砥石などを用いて研削し、図１の（ａ）に示すように、ウエハを所定の厚さまで薄膜化させる。その後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing；化学機械研磨）によって、ウエハの裏面を滑らかに仕上げる。
【００１３】
つづいて、ウエハのエッジトリミングを行う。具体的には、図１の（ｂ）に示すように、ウエハの周縁部を支持基板の一部に達するまで研磨して、支持基板上に溝を形成しつつウエハの周縁部を除去する。
【００１４】
かかるエッジトリミングによって、ウエハの裏面側を研削する際に、ウエハの周縁部が剥がれたり、欠けたりした場合であっても、メタル汚染を回避し、後工程における成膜品質の劣化を抑制することができる。そのため、支持基板に貼り合わせたウエハの歩留まりを上げることができる。しかも、支持基板上の研削領域が少ないため、後工程への影響を回避することもできる。
【００１５】
なお、図１の（ｃ）に示すように、ウエハ周縁部を含む支持基板の外周部表面全域に亘って研削するようにしてもよいが、この場合、ウエハの裏面と支持基板の表面との間に大きな段差が生じることになる。
【００１６】
一方、図１の（ｂ）に示す例では、ウエハの周縁部を除去する際に、ウエハと支持基板との径方向の隣接領域を研磨し、支持基板の外周部表面の一部を研削するようにしている。そのため、後工程に支障が生じることを抑制することができ、製造コストやスループットへの影響を回避することができる。
【００１７】
以下、実施形態にかかる製造方法の一例についてさらに具体的に説明する。以下においては、半導体装置の一例として、裏面照射型の固体撮像素子について説明する。なお、実施形態にかかる製造方法によって製造可能な半導体装置は、裏面照射型の固体撮像素子に限定されるものではない。
【００１８】
図２は、実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャート、図３は実施形態にかかる半導体装置の製造方法で用いるウエハの外観模式図、図４および図５は実施形態にかかる半導体装置の製造方法の工程を示す断面模式図である。なお、図４および図５の断面模式図は、図３に示すＡ−Ａ部分断面図に対応する。
【００１９】
まず、図３に示すように、表面側のデバイス領域１１に半導体素子などが形成されたウエハ１０を用意する。デバイス領域１１の形成は、例えば、ウエハ１０のデバイス形成領域上に光電変換素子や読み出しトランジスタなどの半導体素子を形成し、その上層に配線層を形成することによって行われる。かかるデバイス領域１１は、半導体装置毎に形成される。なお、ウエハ１０として、例えば、シリコンウエハなどが用いられる。
【００２０】
つづいて、図４の（ａ）に示すように、デバイス領域１１を形成したウエハ１０の外周部１２表面を研削する（図２のステップＳ１０）。かかる研削は、後述のステップＳ１２における薄膜化後のウエハ１０の厚みよりも深い位置まで、ウエハ１０の外周部１２表面を目の粗い砥石などを用いて研磨することによって行われる。なお、研削面は、粗く削られているため、ＣＭＰによって、ウエハ１０の外周部１２表面を滑らかに仕上げる。
【００２１】
つづいて、支持基板２０を用意する。かかる支持基板２０として、例えば、シリコンウエハを用いることができる。そして、図４の（ｂ）に示すように、デバイス領域１１が形成されたウエハ１０の表面を支持基板２０の表面に貼り合わせる（図２のステップＳ１１）。
【００２２】
例えば、ウエハ１０の表面や支持基板２０の表面にシリコン酸化膜を形成し、かかるシリコン酸化膜によってウエハ１０の表面を支持基板２０の表面に貼り合わせる。なお、シリコン酸化膜に代えて、例えば、熱可塑性樹脂、ＳＯＧ(Spin On Glass)などを用いてウエハ１０の表面を支持基板２０の表面に貼り合わせるようにしてもよい。
【００２３】
つづいて、図４の（ｃ）に示すように、ウエハ１０の裏面側を目の粗い砥石などを用いて研削していき、図４の（ｄ）に示すように、ウエハ１０を所定の厚さ（例えば、数μｍ程度）まで研削してウエハ１０を薄膜化させる。かかる状態において、研削面は、粗く削られているため、ＣＭＰによって、ウエハ１０の裏面を滑らかに仕上げる（図２に示すステップＳ１２）。
【００２４】
つづいて、図５に示すように、ウエハ１０の周縁部１３を支持基板２０の一部に達するまで研磨して、溝２４を形成しつつウエハ１０の周縁部１３を除去する（図２に示すステップＳ１３）。かかる工程によって形成される溝２４は、周縁部１３を除去して形成したウエハ１０の新たな周縁部１３ａに沿って周方向に連続する断面視円弧状の溝である。
【００２５】
このように、図５に示す周縁部１３の除去方法では、溝２４を形成しつつウエハ１０の周縁部１３を除去する。そのため、支持基板２０に貼り合わせたウエハ１０の歩留まりを上げることができる。
【００２６】
すなわち、ウエハ１０の裏面研削（図２に示すステップＳ１２参照）を行ったことによって、ウエハ１０の周縁部が剥がれたり、欠けたりした場合であっても、かかる状態の周縁部１３を除去することができる。したがって、例えば、配線層が剥がれたり脱落したりしてメタル汚染が発生したり、欠損によって後工程の成膜処理において成膜品質が劣化したりすることを防止することができる。
【００２７】
また、図５に示すように、ウエハ１０の周縁部１３を除去する際に、周縁部１３を含むウエハ１０と支持基板２０との径方向の隣接領域２３を研磨するため、周縁部１３の除去が確実に行われると共に、支持基板２０の外周部２２表面の一部が研削される。そのため、除去するウエハ１０部分を低減できる。
【００２８】
また、図５に示すように、ウエハ１０の新たな周縁部１３ａにテーパーが形成され、支持基板２０上に形成される溝２４が断面視Ｕ字状の溝となるため、周縁部１３ａから支持基板２０にかけて緩やかな傾斜となる。そのため、後工程における成膜処理において、成膜性を向上させることが可能となる。
【００２９】
しかも、溝２４が緩やかな傾斜であるため、ウエハ１０の裏面と支持基板２０の表面との間の段差が小さく、支持基板２０の表面側の保持や支持基板２０への保護テープの貼り合わせを容易に行うことができる。
【００３０】
ここで、ウエハ１０の周縁部１３を除去するために用いる製造装置の構成について説明する。図６は、実施形態にかかる製造装置１００の構成を示す図、図７は研磨ヘッド機構の構成を示す図である。
【００３１】
図６に示すように、実施形態にかかる製造装置１００は、基板保持機構１０１と、研磨ヘッド機構１０２と、純水供給ノズル１０３とを備える。なお、以下においては、便宜上、表面にウエハ１０を貼り合わせた支持基板２０を被処理基板１１０と呼ぶ場合がある。
【００３２】
基板保持機構１０１は、被処理基板１１０を保持するとともに、図示しないモータによって被処理基板１１０と垂直な軸Ｏを中心に回転駆動される。
【００３３】
研磨ヘッド機構１０２は、軸Ｏを中心に回転する被処理基板１１０の上面側からの接触および加圧を行って、ウエハ１０の周縁部１３を支持基板２０の一部に達するまで研磨し、ウエハ１０の周縁部１３を除去する。
【００３４】
かかる研磨ヘッド機構１０２は、図７に示すように、研磨ヘッド１２０と、加圧パッド１２１と、テープガイド１２２と、研磨テープ１２３とを備える。研磨ヘッド１２０は、図示しないリニアモータを内蔵しており、かかるリニアモータの駆動によって加圧パッド１２１を移動させる。
【００３５】
加圧パッド１２１は、研磨テープ１２３の研磨面を被処理基板１１０に対して押圧する突出部１２１ａを有しており、かかる突出部１２１ａは断面視半円状に形成される。なお、加圧パッド１２１は、研磨ヘッド１２０と一体であってもよい。また、必要に応じて、突出部１２１ａの形状やサイズが異なる加圧パッド１２１に取り換え自在に構成してもよい。
【００３６】
研磨テープ１２３は、テープガイド１２２および加圧パッド１２１の突出部１２１ａに沿って装着され、被処理基板１１０を研磨する際に、例えば、矢印方向に順次供給することで、新しい研磨テープ１２３が被処理基板１１０の研磨に用いられる。
【００３７】
ここで、研磨テープ１２３としては、研磨面となる研磨テープ１２３の片面（例えば、ＰＥＴフィルム）に、例えば、ダイヤモンドなどの砥粒をウレタンタイプ接着剤で接着したものが用いられる。
【００３８】
なお、研磨テープ１２３に接着する砥粒は、被処理基板１１０の種類や要求される性能に応じて選択されるが、例えば、平均粒径０．１μｍ〜３０μｍのダイヤモンドを用いることができる。また、ダイヤモンドに代えて、例えば、ＳｉＣ、酸化セリウム、シリカ、ジルコニア、アルミナなどを砥粒として用いるようにすることもできる。
【００３９】
図６に戻って、製造装置１００の構成の説明を続ける。純水供給ノズル１０３は、基板保持機構１０１により回転される被処理基板１１０の表面中央部付近に純水を滴下する。そして、被処理基板１１０の回転による遠心力によって、被処理基板１１０と研磨ヘッド機構１０２との接触領域に純水を供給する。
【００４０】
なお、純水の代わりに研磨液を用いることも可能である。また、純水を被処理基板１１０の表面中央部付近に滴下させていたが、接触領域に直接純水を供給するようにしてもかまわない。
【００４１】
かかる製造装置１００によってウエハ１０の周縁部１３を除去する方法について図６、図８および図９を参照して具体的に説明する。図８および図９は、実施形態にかかる製造装置１００によりウエハ１０の周縁部１３を除去する方法の説明図である。
【００４２】
まず、図６に示すように、ウエハ１０を表面に貼り合わせた支持基板２０の裏面側を基板保持機構１０１で保持させ、かかる基板保持機構１０１により軸Ｏを中心として、ウエハ１０をはり合わせた支持基板２０を回転させる。
【００４３】
つづいて、研磨ヘッド機構１０２を移動させ、図８の（ａ）に示すように、ウエハ１０と支持基板２０との径方向の隣接領域２３上に、加圧パッド１２１を位置させる。そして、研磨ヘッド１２０に内蔵しているリニアモータによって加圧パッド１２１を下降させ、図８の（ｂ）に示すように、研磨テープ１２３を隣接領域２３に接触させ、加圧する。
【００４４】
その結果、図８の（ｃ）に示すように、ウエハ１０の周縁部１３が除去される。しかも、ウエハ１０に新たに形成された周縁部１３ａにはテーパーが形成され、かかるテーパーに連続して支持基板２０上に断面視Ｕ字状の溝２４が形成される。また、新たに形成される周縁部１３ａのテーパーの角度αは、９０°よりも小さい。
【００４５】
そのため、ウエハ１０の新たな周縁部１３ａから支持基板２０の溝２４にかけて緩やかな傾斜となり、ウエハ１０の裏面と支持基板２０の表面との間の段差が小さい。その結果、後工程において、支持基板２０の表面側の保持や支持基板２０への保護テープの貼り合わせを容易に行うことができ、また、成膜性を向上させることが可能となる。
【００４６】
また、ウエハ１０の周縁部１３を含むウエハ１０と支持基板２０との径方向の隣接領域２３を研磨することで、周縁部１３ａのテーパーおよび溝２４の形成を、加圧パッド１２１を径方向（Ｘ軸方向）に移動させることなく行うことができる。そのため、周縁部１３の除去を、例えば、図１の（ｃ）に示すように行うことに比べて、周縁部１３の除去時間を大幅に低減することができる。
【００４７】
なお、突出部１２１ａの形状やサイズが異なる加圧パッド１２１に取り換え自在にすることで、周縁部１３ａのテーパーおよび溝２４を所望の形状に形成することが可能となる。例えば、径が小さな突出部１２１ａを加圧パッド１２１に取り付けることによって、図９の（ａ）に示すようにテーパーの角度αが９０°となるように新たな周縁部１３ｂおよび溝２４ａを形成するようにしてもよい。
【００４８】
この場合、ウエハ１０の裏面と支持基板２０の表面との間の段差が大きくなるものの、溝２４ａの径が小さい。そのため、後工程において、成膜処理における成膜性は低下するものの、支持基板２０の表面側の保持や支持基板２０への保護テープの貼り合わせを容易に行うことができる。
【００４９】
また、図８に示す例では、加圧パッド１２１を径方向（Ｘ軸方向）に移動させることなく新たな周縁部１３ａおよび溝２４を形成したが、図９の（ｂ）に示すように、加圧パッド１２１を径方向に移動させながら、新たな周縁部１３ａおよび溝２４を形成してもよい。
【００５０】
これにより、新たな周縁部１３ａにおけるテーパーの角度αを小さくしすぎることなく、支持基板２０上に形成される溝２４の深さを浅くすることが可能となる。そのため、ウエハ１０の新たな周縁部１３ａから支持基板２０の溝２４にかけてさらに緩やかな傾斜にすることができ、後工程に対する影響を抑制しつつも、成膜性を向上させることが可能となる。
【００５１】
このように、実施形態にかかる製造装置１００では、支持基板２０に貼り合わせたウエハ１０の周縁部１３を後工程に対する影響を抑制しつつ迅速に除去することができる。これにより、支持基板２０に貼り合わせたウエハ１０の歩留まりをさらに上げることができる。
【００５２】
なお、最初に目の粗い研磨テープを研磨ヘッド機構１０２に装着して、ウエハ１０の周縁部１３を除去して、新たな周縁部１３ａ，１３ｂおよび溝２４，２４ａを形成し、その後、目の細かい研磨テープ１２３を研磨ヘッド機構１０２に装着し、表面仕上げを行うようにしてもよい。このようにすることで、支持基板２０に貼り合わせたウエハ１０の歩留まりをさらに上げることができる。
【００５３】
図２に戻って実施形態にかかる製造方法の説明をつづける。上述のように、支持基板２０に貼り合わせたウエハ１０の周縁部１３を除去した後、ウエハ１０の裏面側に導通用開口や集光用開口を形成し、その他、例えば成膜処理などの処理を行う（図２に示すステップＳ１４）。
【００５４】
つづいて、支持基板２０の裏面側を研削して、支持基板２０を所定の厚さにする（図２に示すステップＳ１５）。具体的には、ウエハ１０を含む支持基板２０の表面に保護テープを貼り合わせ、吸着機能を有する不図示の保持台の上面に支持基板２０の表面を載置する。支持基板２０の表面は、上述のように、ウエハ１０の新たな周縁部１３ａから支持基板２０の溝２４にかけて緩やかな傾斜となるため、保護テープの貼り合わせが容易になる。
【００５５】
なお、保護テープは、ウエハ１０を含む支持基板２０の表面を保護するための部材であり、例えば、樹脂の基材上に接着層を塗布したテープ状体である。かかる保護テープに代えて保護シートを用いるようにしてもよい。
【００５６】
次に、保護テープを介して支持基板２０の表面を保持台の上面に吸着させ、ウエハ１０を含む支持基板２０を保持する。そして、支持基板２０の裏面側を目の粗い砥石などを用いて研削していき、支持基板２０を所定の厚さ（例えば、数μｍ程度）まで薄膜化させる。
【００５７】
かかる状態において、研削面は、粗く削られているため、ＣＭＰによって、支持基板２０の裏面を滑らかに仕上げる。なお、上述のように、支持基板２０の保持が容易にできるため、支持基板２０の保持をより強固に吸着することができ、これにより、裏面研削を精度よく行うことができる。
【００５８】
つづいて、パッケージ化の処理を行う（図２に示すステップＳ１６）。具体的には、ウエハ１０の表面に形成された各デバイス領域１１をダイシングによって分割し、分割した半導体チップをリードフレーム上に固着する。そして、半導体チップとリードとをワイヤボンディングによって接続し、樹脂封止することによってパッケージ化して半導体装置を形成する。
【００５９】
以上のように、実施形態にかかる製造装置１００は、支持基板２０上に貼り合わされたウエハ１０の周縁部１３を、支持基板２０の一部に達するまで研磨して、支持基板２０上に溝２４を形成しつつウエハ１０の周縁部１３を除去する。
【００６０】
これにより、支持基板２０に貼り合わせたウエハ１０の歩留まりを上げることができる。また、支持基板２０に貼り合わせたウエハ１０の周縁部１３を後工程に対する影響を抑制しつつ迅速に除去することができる。
【００６１】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この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】
【００６２】
１０ウエハ、１１デバイス領域、１３周縁部、２０支持基板、２３隣接領域、２４溝、１００製造装置、１０１基板保持機構、１２０研磨ヘッド、１２１加圧パッド、１２３研磨テープ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が形成されたウエハの表面を支持基板に貼り合わせる第１工程と、
前記ウエハの裏面を研削して、前記ウエハを所定の厚さにする第２工程と、
前記ウエハの周縁部を前記支持基板の一部に達するまで研磨して、前記周縁部を除去する第３工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第３工程は、
前記ウエハと前記支持基板との径方向の隣接領域を研磨して、前記支持基板上に溝を形成しつつ前記周縁部を除去する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第３工程は、
前記溝として、断面視Ｕ字状の溝を形成することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第３工程は、
加圧パッドによって前記隣接領域に研磨テープを接触させ加圧することで前記断面視Ｕ字状の溝を形成することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
表面側に半導体素子が形成されウエハを貼り合わされた支持基板を回転可能に保持する基板保持機構と、
前記基板保持機構に保持され前記支持基板上に貼り合わされた前記ウエハの周縁部に研磨テープを加圧パッドによって接触させ加圧することによって、前記支持基板の一部に達するまで研磨して、前記ウエハの周縁部を除去する研磨ヘッド機構と、
を備える半導体装置の製造装置。

【図１】