JP2015220366A

JP2015220366A - ウェーハの加工方法

Info

Publication number: JP2015220366A
Application number: JP2014103467A
Authority: JP
Inventors: 智隆田渕; Tomotaka Tabuchi; 健志岡崎; Kenji Okazaki; 宏行高橋; Hiroyuki Takahashi
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2015-12-07

Abstract

【課題】デバイスチップの抗折強度を高めることができるウェーハの加工方法を提供する。【解決手段】表面（１１ａ）に格子状に形成された分割予定ライン（１７）によって区画された複数の領域にデバイス（１９）が形成されたウェーハ（１１）を加工するウェーハの加工方法であって、ウェーハの表面の分割予定ラインを除く領域にレジスト膜（４３）を形成するレジスト膜形成ステップと、レジスト膜形成ステップが実施されたウェーハにプラズマエッチングを実施して、ウェーハの表面から分割予定ラインに沿った溝（１１ｃ）を形成するプラズマエッチングステップと、を備え、プラズマエッチングステップでは、ＳＦ６とＯ２とを混合して用いる構成とした。【選択図】図４

Description

本発明は、ウェーハを加工する加工方法に関する。

表面にＩＣ等のデバイスが形成された半導体ウェーハは、例えば、切削装置（ダイシング装置）やレーザー加工装置で加工されて、各デバイスに対応する複数のチップ（デバイスチップ）へと分割される。

上述した切削装置を用いる加工方法では、回転する切削ブレードでウェーハを粉砕しながら切断するので、デバイスチップに欠け（チッピング）等の破損が発生し易く、デバイスチップの抗折強度も不足しがちである。また、ウェーハの一部を切削ブレードで機械的に削り取るため、加工の完了までに長い時間を要してしまう。

これに対し、レーザー加工装置を用いる加工方法は、ウェーハを機械的に削り取ることなく切断できるので、加工時の欠け等を抑制し、抗折強度を高め、また、加工幅（切り代）を狭くできる。しかし、この加工方法では、隣接するデバイスチップの間隔が狭くなるので、搬送等の際にデバイスチップ同士が接触し、欠け等の破損を発生させてしまうことがあった。

近年では、プラズマエッチングを利用してウェーハを切断する加工方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この加工方法では、プラズマエッチングで全面を一度に加工するので、ウェーハの径が大きくなり、分割予定ラインが長くなっても加工時間は延びずに済む。

また、ウェーハを機械的に削り取るわけではないないので、加工時の欠け等を抑制し、デバイスチップの抗折強度を高めることも可能である。なお、この加工方法では、ＳＦ_６を用いるエッチングと、Ｃ_４Ｆ_８を用いる保護膜の形成と、ＳＦ_６を用いるクリーニングと、を繰り返し行っている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−１１４８２５号公報特開２００１−２５７１９８号公報

しかしながら、上述したプラズマエッチングを用いる加工方法において、デバイスチップの抗折強度をさらに高めたいという要望がある。本発明はかかる要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、デバイスチップの抗折強度を高めることができるウェーハの加工方法を提供することである。

本発明によれば、表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウェーハを加工するウェーハの加工方法であって、ウェーハの表面の該分割予定ラインを除く領域にレジスト膜を形成するレジスト膜形成ステップと、該レジスト膜形成ステップが実施されたウェーハにプラズマエッチングを実施して、ウェーハの表面から該分割予定ラインに沿った溝を形成するプラズマエッチングステップと、を備え、該プラズマエッチングステップでは、ＳＦ_６とＯ_２とを混合して用いることを特徴とするウェーハの加工方法が提供される。

本発明において、前記プラズマエッチングステップでは、ウェーハの仕上がり厚さよりも深くウェーハの裏面に達しない深さの前記溝を形成し、該プラズマエッチングステップを実施した後に、ウェーハの裏面を研削して仕上がり厚さまで薄化するとともに、該溝を裏面に表出させてウェーハを個々のデバイスチップに分割する分割研削ステップをさらに備えることが好ましい。

又は、本発明において、前記プラズマエッチングステップを実施する前に、ウェーハの裏面を研削して仕上がり厚さまでウェーハを薄化する研削ステップをさらに備え、該プラズマエッチングステップでは、ウェーハの裏面に達する深さの前記溝を形成することが好ましい。

本発明のウェーハの加工方法では、ＳＦ_６とＯ_２とを混合して用いるプラズマエッチングによって、分割予定ラインに沿った溝をウェーハの表面側に形成する。そのため、従来のエッチング方法で溝を形成する場合と比較して、溝の側壁に段差が形成されるのを抑制し、デバイスチップの抗折強度を高めることができる。

保護部材配設ステップを模式的に示す斜視図である。レジスト膜形成ステップを模式的に示す斜視図である。プラズマエッチング装置の構成例を模式的に示す縦断面模式図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、プラズマエッチングステップを模式的に示す断面図であり、図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）は、分割研削ステップを模式的に示す断面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係るウェーハの加工方法は、保護部材配設ステップ（図１）、レジスト膜形成ステップ（図２）、プラズマエッチングステップ（図４（Ａ）、図４（Ｂ））、及び分割研削ステップ（図４（Ｃ）、図４（Ｄ））を含む。

保護部材配設ステップでは、ウェーハの裏面側に保護部材を配設する。レジスト膜形成ステップでは、ウェーハの表面側の分割予定ラインを除く領域にレジスト膜を形成する。プラズマエッチングステップでは、ＳＦ_６とＯ_２とを混合して用いるプラズマエッチングによって、ウェーハの裏面に達しない深さの溝をウェーハの表面側に形成する。

分割研削ステップでは、ウェーハの裏面側を研削することで、ウェーハを仕上がり厚さまで薄化して複数のデバイスチップに分割する。以下、本実施形態に係るウェーハの分割方法について詳述する。

図１は、本実施形態に係る保護部材配設ステップを模式的に示す斜視図である。図１に示すように、加工対象のウェーハ１１は、例えば、円盤状の半導体ウェーハであり、表面１１ａは、中央のデバイス領域１３と、デバイス領域１３を囲む外周余剰領域１５とに分けられる。

デバイス領域１３は、格子状に配列された複数の分割予定ライン（ストリート）１７でさらに複数の領域に区画されており、各領域にはＩＣ等のデバイス１９が形成されている。被加工物１１の外周１１ｃは面取り加工されており、断面形状は円弧状である。

本実施形態に係るウェーハの加工方法では、まず、上述したウェーハ１１の裏面１１ｂ側に保護部材を配設する保護部材配設ステップを実施する。図１に示すように、保護部材２１は、ウェーハ１１と略同形に形成されており、平坦な表面２１ａ及び裏面２１ｂを有している。この保護部材２１としては、例えば、後述するプラズマエッチングに耐性のある半導体ウェーハ、ガラス基板、金属基板、樹脂基板、粘着テープ等を用いることができる。

保護部材配設ステップでは、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側を、保護部材２１の表面２１ａ側に対面させて、ウェーハ１１と保護部材２１とを重ね合せる。この時、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側と保護部材２１の表面２１ａ側との間には、接着剤等を介在させておく。これにより、保護部材２１は、接着剤等を介してウェーハ１１の裏面１１ｂ側に固定される。

保護部材配設ステップの後には、ウェーハ１１の表面１１ａ側の分割予定ライン１７を除く領域にレジスト膜を形成するレジスト膜形成ステップを実施する。なお、本実施形態では、分割予定ライン１７を除く全ての領域にレジスト膜を形成するが、分割予定ライン１７を除く一部の領域（例えば、デバイス１９のみ）にレジスト膜を形成しても良い。

図２は、レジスト膜形成ステップを模式的に示す斜視図である。レジスト膜形成ステップでは、まず、ウェーハ１１の表面１１ａ側に、図２に示すようなマスク３１を載置する。マスク３１は、ウェーハ１１のデバイス１９等に対応する複数の開口３３を有している。複数の開口３３は、マスク３１を表面３１ａ側から裏面３１ｂ側まで貫通するように形成されている。

このマスク３１は、ウェーハ１１と同等の材質で形成されることが好ましい。例えば、ウェーハ１１がシリコンでなる場合、マスク３１もシリコンで形成する。このように、ウェーハ１１の材質とマスク３１の材質とを合わせることで、各種処理に起因するマスク３１のずれ等を抑制して、良好なレジスト膜を形成できる。

上述したマスク３１は、裏面３１ｂ側をウェーハ１１の表面１１ａ側に対面させて、ウェーハ１１に重ねられる。この時、マスク３１の開口３３がウェーハ１１のデバイス１９と重なるように、マスク３１とウェーハ１１との位置を合せておく。その結果、後のプラズマエッチングステップでエッチングされるべき分割予定ライン１７がマスク３１で覆われ、デバイス１９は露出する。

ウェーハ１１の表面１１ａ側にマスク３１を載置した後には、ウェーハ１１のデバイス１９を覆うレジスト膜を形成する。具体的には、例えば、塗布装置（不図示）のノズルからマスク３１の開口３３に向けて、後述するプラズマエッチングに耐性のある樹脂等を含むレジスト材を滴下する。

その後、乾燥処理・加熱処理等でレジスト材を硬化させ、ウェーハ１１の表面１１ａ側からマスク３１を除去する。加熱温度・処理時間等の条件は、レジスト材の種類等に応じて適切に設定される。以上により、分割予定ライン１７を除く領域を覆うレジスト膜４３を形成できる。なお、マスク３１の開口３３にフッ素樹脂等をコーティングして、レジスト膜４３の離型性を高めておいても良い。

レジスト膜形成ステップの後には、ウェーハ１１を表面１１ａ側からプラズマエッチングして、分割予定ライン１７に沿った溝を形成するプラズマエッチングステップを実施する。図３は、本実施形態で使用されるプラズマエッチング装置の構成例を模式的に示す縦断面模式図である。

図３に示すように、プラズマエッチング装置６は、処理空間８を形成する真空チャンバ１０を備えている。真空チャンバ１０は、底壁１０ａと、上壁１０ｂと、第１側壁１０ｃと、第２側壁１０ｄと、第３側壁１０ｅと、第４側壁（不図示）とを含む直方体状に形成されており、第２側壁１０ｄには、ウェーハ１１を搬入搬出するための開口１２が設けられている。

開口１２の外側には、開口１２を開閉するゲート１４が設けられている。このゲート１４は、開閉機構１６によって上下に移動する。開閉機構１６は、エアシリンダ１８と、ピストンロッド２０とを含んでいる。エアシリンダ１８はブラケット２２を介して真空チャンバ１０の底壁１０ａに固定されており、ピストンロッド２０の先端はゲート１４の下部に連結されている。

開閉機構１６でゲート１４を開くことにより、開口１２を通じてウェーハ１１を真空チャンバ１０の処理空間８に搬入し、又は、ウェーハ１１を真空チャンバ１０の処理空間８から搬出できる。真空チャンバ１０の底壁１０ａには排気口２４が形成されている。この排気口２４は、真空ポンプ等の排気機構２６と接続されている。

真空チャンバ１０の処理空間８には、下部電極２８と上部電極３０とが対向するように配置されている。下部電極２８は、導電性の材料で形成されており、円盤状の保持部３２と、保持部３２の下面中央から下方に突出する円柱状の支持部３４とを含む。

支持部３４は、真空チャンバ１０の底壁１０ａに形成された開口３６に挿通されている。開口３６内において、底壁１０ａと支持部３４との間には環状の絶縁部材３８が配置されており、真空チャンバ１０と下部電極２８とは絶縁されている。下部電極２８は、真空チャンバ１０の外部において高周波電源４０と接続されている。

保持部３２の上面には、凹部が形成されており、この凹部には、ウェーハ１１を載置するテーブル４２が設けられている。テーブル４２には、吸引路（不図示）が形成されており、この吸引路は、下部電極２８の内部に形成された流路４４を通じて吸引源４６と接続されている。

また、保持部３２の内部には、冷却流路４８が形成されている。冷却流路４８の一端は、支持部３４に形成された冷媒導入路５０を通じて冷媒循環機構５２と接続されており、冷却流路４８の他端は、支持部３４に形成された冷媒排出路５４を通じて冷媒循環機構５２と接続されている。この冷媒循環機構５２を作動させると、冷媒は、冷媒導入路５０、冷却流路４８、冷媒排出路５４の順に流れ、下部電極２８を冷却する。

上部電極３０は、導電性の材料で形成されており、円盤状のガス噴出部５６と、ガス噴出部５６の上面中央から上方に突出する円柱状の支持部５８とを含む。支持部５８は、真空チャンバ１０の上壁１０ｂに形成された開口６０に挿通されている。開口６０内において、上壁１０ｂと支持部５８との間には環状の絶縁部材６２が配置されており、真空チャンバ１０と上部電極３０とは絶縁されている。

上部電極３０は、真空チャンバ１０の外部において高周波電源６４と接続されている。また、支持部５６の上端部には、昇降機構６６と連結された支持アーム６８が取り付けられており、この昇降機構６６及び支持アーム６８によって、上部電極３０は上下に移動する。

ガス噴出部５６の下面には、複数の噴出口７０が設けられている。この噴出口７０は、ガス噴出部５６に形成された流路７２及び支持部５８に形成された流路７４を通じて、ＳＦ_６供給源７６、及びＯ_２供給源７８に接続されている。ＳＦ_６供給源７６、Ｏ_２供給源７８、流路７２，７４、及び噴出口７０によって、真空チャンバ１０内にガスを導入するガス導入部が構成される。

開閉機構１６、排気機構２６、高周波電源４０、吸引源４６、冷媒循環機構５２、高周波電源６４、昇降機構６６、ＳＦ_６供給源７６、Ｏ_２供給源７８等は、制御装置８０に接続されている。

制御装置８０には、排気機構２６から、処理空間８の圧力に関する情報が通知される。また、制御装置８０には、冷媒循環機構５２から、冷媒の温度に関する情報（すなわち、下部電極２８の温度に関する情報）が通知される。

さらに、制御装置８０には、ＳＦ_６供給源７６、Ｏ_２供給源７８から、各ガスの流量に関する情報が通知される。制御装置８０は、これらの情報や、ユーザーから入力される他の情報等に基づいて、上述した各構成を制御する制御信号を出力する。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、プラズマエッチングステップを模式的に示す断面図である。プラズマエッチングステップでは、まず、開閉機構１６でプラズマエッチング装置６のゲート１４を下降させる。次に、開口１２を通じてウェーハ１１を真空チャンバ１０の処理空間８に搬入し、下部電極２８のテーブル４２に載置する。

このプラズマエッチングステップでは、図４（Ａ）に示すように、レジスト膜４３が形成された表面１１ａ側を上方に位置付けるようにウェーハ１１をテーブル４２上に載置する。なお、ウェーハ１１の搬入時には、昇降機構６６で上部電極３０を上昇させ、下部電極２８と上部電極３０との間隔を広げておくと良い。

その後、吸引源４６の負圧を作用させて、ウェーハ１１をテーブル４２上に固定する。また、開閉機構１６でゲート１４を上昇させて、処理空間８を密閉する。さらに、上部電極３０と下部電極２８とがプラズマエッチングに適した所定の位置関係となるように、昇降機構６６で上部電極３０の高さ位置を調節する。また、排気機構２６を作動させて、処理空間８を真空（低圧）とする。

この状態で、エッチング用のガスを所定の流量で供給しつつ、下部電極２８及び上部電極３０に所定の高周波電力を供給すると、下部電極２８及び上部電極３０との間にラジカルやイオンを含むプラズマが発生し、ウェーハ１１の表面１１ａ側がエッチング（プラズマエッチング）される。

本実施形態のプラズマエッチングステップでは、例えば、ＳＦ_６供給源７６及びＯ_２供給源８０からＳＦ_６及びＯ_２を所定の流量（例えば、ＳＦ_６を７２０ｓｃｃｍ、Ｏ_２を４８０ｓｃｃｍ）で供給しながら、下部電極２８及び上部電極３０に所定の高周波電力（例えば、下部電極２８に１００Ｗ、上部電極３０に１０００Ｗ）を付与する。処理空間８の圧力は、一定（例えば、５０ｍＴｏｒｒ）に保たれるようにする。

これにより、ＳＦ_６及びＯ_２を原料とするラジカルやイオン等のプラズマを発生させて、レジスト膜４３に覆われていないウェーハ１１の表面１１ａ側をエッチングできる。本実施形態に係るプラズマエッチングステップでは、図４（Ｂ）に示すように、ＳＦ_６とＯ_２との混合ガスを用いて発生させたプラズマ５１を用いるので、例えば、ＳＦ_６を用いて発生させたプラズマを用いる場合と比較して、エッチングの異方性を高めることができる。具体的には、溝１１ｄの深さ方向に向かってエッチングを優先的に進行させ、溝１１ｄの幅方向のエッチングを抑制できる。これにより、溝１１ｄの側壁の段差を抑制できる。

図４（Ｂ）に示すように、ウェーハ１１の表面１１ａ側に所定深さの溝１１ｄが形成されると、プラズマエッチングステップは終了する。なお、本実施形態では、ウェーハ１１の仕上がり厚さＴよりも深い溝１１ｄをウェーハ１１の表面１１ａ側に形成する（図４（Ｃ）参照）。

プラズマエッチングステップの後には、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側を研削して仕上がり厚さＴまで薄化するとともに、溝１１ｄを裏面１１ｂ側に表出させてウェーハ１１を複数のデバイスチップに分割する分割研削ステップを実施する。図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）は、分割研削ステップを模式的に示す断面図である。

分割研削ステップでは、まず、ウェーハ１１の表面１１ａ側に保護部材５３を貼着するとともに、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側に配設された保護部材２１を除去する。その後、保護部材５３が貼着されたウェーハ１１の表面１１ａ側を、研削装置（不図示）の保持テーブルに保持させる。その結果、図４（Ｃ）に示すように、ウェーハ１１の裏面１１ｂが上方に露出された状態となる。

次に、保持テーブルの上方に配置された研削ホイール（不図示）を保持テーブルとともに所定の方向に回転させながら、この研削ホイールを下降させてウェーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。研削ホイールは、ウェーハ１１の研削に適した送り速度で下降させる。これにより、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側が研削される。

ウェーハ１１を所定の仕上がり厚さＴまで薄化することで、溝１１ｄを裏面１１ｂ側に表出させて、ウェーハ１１を溝１１ｄに沿って複数のデバイスチップ５５に分割できる。ウェーハ１１が所定の仕上がり厚さＴまで薄化されると、分割研削ステップは終了する。なお、ウェーハ１１の厚みは、厚み測定装置（不図示）でリアルタイムに測定される。

以上のように、本実施形態に係るウェーハの加工方法では、ＳＦ_６とＯ_２とを混合して用いるプラズマエッチングによって、分割予定ライン１７に沿った溝１１ｄをウェーハ１１の表面１１ａ側に形成する。そのため、従来のエッチング方法で溝１１ｄを形成する場合と比較して、溝１１ｄの側壁の段差を抑制し、デバイスチップ５５の抗折強度を高めることができる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、プラズマエッチングステップにおいて、ウェーハ１１の裏面１１ｂに達しない深さの溝１１ｄを形成した後に、分割研削ステップにおいて、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側を研削しているが、本発明に係るウェーハの加工方法はこれに限定されない。

例えば、プラズマエッチングステップを実施する前に、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側を研削して仕上がり厚さＴまでウェーハ１１を薄化する研削ステップを実施し、その後のプラズマエッチングステップにおいて、ウェーハ１１の裏面１１ｂに達する深さの溝１１ｄを形成してもよい。この場合にも、溝１１ｄの側壁の段差を抑制して、デバイスチップ５５の抗折強度を高めることができる。

また、上記実施形態では、レジスト膜４３をウェーハ１１の表面１１ａ側に残存させた状態で分割研削ステップを実施しているが、プラズマエッチングステップの終了後には、レジスト膜４３をアッシング等の方法で除去しても良い。

また、ウェーハ１１に低誘電率の絶縁膜（いわゆる、Ｌｏｗ−ｋ膜）やテスト用素子（ＴＥＧ：Test Elements Group）等が形成されている場合には、レジスト膜形成ステップの前又は後（プラズマエッチングステップの前）に、これらを除去する除去ステップを実施すると良い。除去ステップには、例えば、切削や、レーザーアブレーション等の方法を適用できる。

その他、上記実施形態に係る構成、方法などは、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１１ウェーハ
１１ａ表面
１１ｂ裏面
１１ｃ外周
１１ｄ溝
１３デバイス形成領域
１５外周余剰領域
１７分割予定ライン（ストリート）
１９デバイス
２１保護部材
２１ａ表面
２１ｂ裏面
３１マスク
３１ａ表面
３１ｂ裏面
３３開口
４３レジスト膜
５１プラズマ
５３保護部材
５５デバイスチップ
６プラズマエッチング装置
８処理空間
１０真空チャンバ
１０ａ底壁
１０ｂ上壁
１０ｃ第１側壁
１０ｄ第２側壁
１０ｅ第３側壁
１２開口
１４ゲート
１６開閉機構
１８エアシリンダ
２０ピストンロッド
２２ブラケット
２４排気口
２６排気機構
２８下部電極
３０上部電極
３２保持部
３４支持部
３６開口
３８絶縁部材
４０高周波電源
４２テーブル
４４流路
４６吸引源
４８冷却流路
５０冷媒導入路
５２冷媒循環機構
５４冷媒排出路
５６ガス噴出部
５８支持部
６０開口
６２絶縁部材
６４高周波電源
６６昇降機構
６８支持アーム
７０噴出口
７２流路
７４流路
７６ＳＦ_６供給源
７８Ｏ_２供給源
８０制御装置
Ｔ仕上がり厚さ

Claims

表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウェーハを加工するウェーハの加工方法であって、
ウェーハの表面の該分割予定ラインを除く領域にレジスト膜を形成するレジスト膜形成ステップと、
該レジスト膜形成ステップが実施されたウェーハにプラズマエッチングを実施して、ウェーハの表面から該分割予定ラインに沿った溝を形成するプラズマエッチングステップと、を備え、
該プラズマエッチングステップでは、ＳＦ_６とＯ_２とを混合して用いることを特徴とするウェーハの加工方法。
前記プラズマエッチングステップでは、ウェーハの仕上がり厚さよりも深くウェーハの裏面に達しない深さの前記溝を形成し、
該プラズマエッチングステップを実施した後に、ウェーハの裏面を研削して仕上がり厚さまで薄化するとともに、該溝を裏面に表出させてウェーハを個々のデバイスチップに分割する分割研削ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のウェーハの加工方法。
前記プラズマエッチングステップを実施する前に、ウェーハの裏面を研削して仕上がり厚さまでウェーハを薄化する研削ステップをさらに備え、
該プラズマエッチングステップでは、ウェーハの裏面に達する深さの前記溝を形成することを特徴とする請求項１記載のウェーハの加工方法。