JP2016039186A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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吉輝 西田
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    • H01L21/30655Plasma etching; Reactive-ion etching comprising alternated and repeated etching and passivation steps, e.g. Bosch process

Abstract

【課題】デバイスにダメージを与えることなく、低コストにレジスト膜を除去することができるウエーハの加工方法を提供すること。
【解決手段】ウエーハの加工方法は、ウエーハWの表面WSの分割予定ラインを除く領域にレジスト膜を被覆するレジスト膜被覆ステップと、ウエーハWにプラズマエッチングを実施し、ウエーハWの表面WSに分割予定ラインに沿った仕上げ厚さに至る溝Sを形成するプラズマエッチングステップと、ウエーハWの表面WSのレジスト膜を洗浄して除去するレジスト膜除去ステップと、ウエーハWの裏面WRを研削して仕上げ厚さへと薄化するとともに溝SをウエーハWの裏面WRに露出させることでウエーハWを個々のデバイスチップに分割する研削ステップを備える。レジスト膜除去ステップでは、ウエーハWのレジスト膜に薬液MFを噴射して吹きつけレジスト膜を除去する。
【選択図】図5

Description

本発明は、プラズマダイシングなどのウエーハの加工方法に関する。
半導体ウエーハの分割には、通常、ダイシング装置やレーザー加工装置が用いられる。ダイシング装置は、粉砕加工であるため、カケ(チッピング)が発生しやすく、分割されたチップの抗折強度が低くなってしまうという問題と、加工時間が比較的長いという問題がある。また、レーザー加工装置は、カケが少なく切り代もほとんど無いという利点があるが、チップ同士が隣接しているため、その後の搬送時にチップ同士がこすれて逆にカケを発生させてしまうという問題も残されていた。
そこで、プラズマエッチングを利用してウエーハを個々のチップに分割するという加工方法(プラズマダイシング)が考案された(例えば、特許文献1参照)。この加工方法であれば、ウエーハの直径が大きくなっても溝を形成する加工時間が長くなることがほとんど無く、抗折強度の高いチップが形成できるという利点がある。
特許文献1に示されたプラズマダイシングでは、エッチングをしないデバイス部分はレジスト膜で保護しつつ分割予定ラインのみにプラズマエッチングを施し分割溝を形成する。プラズマエッチング終了後、レジスト膜はデバイスを露出させるため除去される。その際、プラズマエッチングで変質したレジスト膜の表面は、酸素プラズマを用いたアッシング(ドライエッチング)によって除去するのが通常である。
特開2006−114825号公報
しかしながら、特許文献1に示された方法では、アッシング(ドライエッチング)によって、レジスト膜を除去する際に、デバイス領域に含まれるポリイミドなどの樹脂や金属即ちデバイスにダメージを与えてしまう場合がある。また、アッシングにおいてレジスト膜を僅かに残し、アッシング後に薬液を用いて僅かに残ったレジスト膜を除去するという方法もある。このように、特許文献1に示された方法では、レジスト膜を除去するのに、ドライエッチングの装置を用いたり、薬液を使用したりと、コスト及び工数がかかり、コストが高騰するといった課題があった。
本発明の目的は、デバイスにダメージを与えることなく、低コストにレジスト膜を除去することができるウエーハの加工方法を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のウエーハの加工方法は、表面の交差する複数の分割予定ラインによって区画された領域にデバイスが形成されたウエーハの加工方法であって、ウエ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被覆するレジスト膜被覆ステップと、該レジスト膜被覆ステップが実施されたウエーハにプラズマエッチングを実施し、ウエーハの表面に該分割予定ラインに沿った仕上げ厚さに至る溝を形成するプラズマエッチングステップと、該プラズマエッチングステップを実施した後に、ウエーハの表面のレジスト膜を洗浄して除去するレジスト膜除去ステップと、ウエーハの裏面を露出させてチャックテーブルに保持し、ウエーハの裏面を研削して該仕上げ厚さへと薄化するとともに該溝をウエーハの裏面に露出させることでウエーハを個々のデバイスチップに分割する研削ステップと、を備え、該レジスト膜除去ステップでは、ウエーハのレジスト膜に薬液を噴射して吹きつけ該レジスト膜を除去することを特徴とする。
上記ウエーハの加工方法では、該薬液は、アルコールとすることができる。
上記ウエーハの加工方法では、該薬液は、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン又はジプロピレングリコールメチルエーテルとすることができる。
そこで、本願発明のウエーハの加工方法では、プラズマエッチングステップ後のレジスト膜除去ステップにおいて、薬液を噴射するという非常にシンプルな工程でレジスト膜を除去できるため、デバイスにダメージを与えることなく、低コストにレジスト膜を除去することができるといった効果を奏する。
図1は、実施形態に係るウエーハの加工方法の保護部材貼着ステップを示す斜視図である。 図2は、実施形態に係るウエーハの加工方法のレジスト膜被覆ステップ後を示す斜視図である。 図3は、実施形態に係るウエーハの加工方法のプラズマエッチングステップで用いられるプラズマエッチング装置の一例の断面図である。 図4は、実施形態に係るウエーハの加工方法のプラズマエッチングステップ後のウエーハの断面図である。 図5は、実施形態に係るウエーハの加工方法のレジスト膜除去ステップを示す断面図である。 図6は、実施形態に係るウエーハの加工方法のレジスト膜除去ステップを模式的に示す平面図である。 図7は、実施形態に係るウエーハの加工方法の研削ステップの断面図である。 図8は、実施形態に係るウエーハの加工方法の研削ステップ後のウエーハの断面図である。 図9は、実施形態に係るウエーハの加工方法の貼り換えステップを示す斜視図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態〕
実施形態に係るウエーハの加工方法を、図1から図9に基づいて説明する。図1は、実施形態に係るウエーハの加工方法の保護部材貼着ステップを示す斜視図、図2は、実施形態に係るウエーハの加工方法のレジスト膜被覆ステップ後を示す斜視図、図3は、実施形態に係るウエーハの加工方法のプラズマエッチングステップで用いられるプラズマエッチング装置の一例の断面図、図4は、実施形態に係るウエーハの加工方法のプラズマエッチングステップ後のウエーハの断面図、図5は、実施形態に係るウエーハの加工方法のレジスト膜除去ステップを示す断面図、図6は、実施形態に係るウエーハの加工方法のレジスト膜除去ステップを模式的に示す平面図、図7は、実施形態に係るウエーハの加工方法の研削ステップの断面図、図8は、実施形態に係るウエーハの加工方法の研削ステップ後のウエーハの断面図、図9は、実施形態に係るウエーハの加工方法の貼り換えステップを示す斜視図である。
実施形態に係るウエーハの加工方法(以下、単に加工方法と記す)は、図1に示すウエーハWの加工方法であって、ウエーハWを個々のデバイスDを含むデバイスチップDT(図8に示す)へと分割する方法である。なお、実施形態に係る加工方法により個々のデバイスチップDTに分割される加工対象としてのウエーハWは、例えば、シリコン、サファイア、ガリウムなどを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハである。ウエーハWは、図1に示すように、表面WSの交差する複数の分割予定ラインLによって区画された領域にデバイスDが形成されたものである。ウエーハWの表面WSにSiOF、BSG(SiOB)等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜(Low−k膜)が積層された機能層によって、デバイスDが形成されている。
実施形態に係る加工方法は、保護部材貼着ステップと、レジスト膜被覆ステップと、プラズマエッチングステップと、レジスト膜除去ステップと、研削ステップと、貼り換えステップとを備える。
保護部材貼着ステップは、ウエーハWのデバイスDが形成された表面WSの裏側の裏面WRにウエーハWと略同等の大きさの保護部材G(ハードサブストレート)を貼着するステップである。この実施形態で保護部材Gは、硬質な材料で構成され、ウエーハWと略同等の大きさの円盤状に形成されている。保護部材貼着ステップは、図1に示すように、ウエーハWの裏面WRに保護部材Gを貼着する。保護部材貼着ステップの後は、レジスト膜被覆ステップに進む。
レジスト膜被覆ステップは、ウエーハWの表面WSの分割予定ラインLを除く領域にレジスト膜Rを被覆するステップである。レジスト膜Rは、プラズマエッチングステップにおけるエッチングガスなどに対する耐食性を有する材料で構成されている。レジスト膜被覆ステップは、例えば、ウエーハWの表面WS全体にレジスト膜Rを薄膜形成した後、分割予定ラインLに対応するネガ型又はポジ型のマスクを介して露光し現像して、分割予定ラインL上からレジスト膜Rを除去する。レジスト膜被覆ステップ後では、ウエーハWの表面WSでは、図2に示すように、分割予定ラインLが露出し、分割予定ラインLを除く領域(即ち、デバイスD)がレジスト膜Rにより被覆されている。そして、プラズマエッチングステップに進む。
プラズマエッチングステップは、レジスト膜被覆ステップが実施されたウエーハWにプラズマエッチングを実施するステップである。プラズマエッチングステップでは、例えば、図3に示すプラズマエッチング装置20のハウジング21の開口22を通して、ウエーハWをハウジング21内に収容する。そして、保護部材Gを介してウエーハWの裏面WRを高周波電源23に接続された下部電極24の吸着保持部材25に吸引、保持して、開口22をゲート26により閉じる。次に、冷媒供給手段32から下部電極24内の冷却通路33内に冷媒を循環させ、ガス排出手段27を作動してハウジング21内の雰囲気を排気口28を通して真空排気し、ガス供給手段29から上部電極30の噴出口31を通してハウジング21内にエッチングガスをウエーハWの表面WSに向けて噴射する。なお、この際、ハウジング21内を所定の圧力に維持する。そして、エッチングガスを噴射した状態で、高周波電源23から下部電極24と上部電極30とに高周波電力を印加する。これにより、下部電極24と上部電極30との間にプラズマ放電が発生し、ウエーハWの表面WSの分割予定ラインLをエッチングして、図4に示すように、ウエーハWの表面WSに分割予定ラインLに沿った仕上げ厚さT(図8に示す)に至る溝Sを形成する。
なお、プラズマエッチングステップで用いられるエッチングガスは、ウエーハWの材質に応じて適宜選択される。例えば、ウエーハWの材質がシリコンである場合には、エッチングガスとして、SF、NF、XeFなどを用いる。
実施形態では、ウエーハWがシリコンで構成されている。プラズマエッチングステップでは、ハウジング21内の圧力を25Pa(ゲージ圧)に維持し、高周波電源23の電力周波数を13.56MHzとし、冷媒供給手段32から冷却通路33内に2000Pa(ゲージ圧)で冷媒としてヘリウムガスを循環させて、下部電極24の温度を10℃とする。
プラズマエッチングステップでは、エッチングガスとしてSFを400sccm(Standard cc/min)の流量で供給し、上部電極30に2500Wの高周波電力を印加し、下部電極24に150Wの高周波電力を印加するエッチングステップと、エッチングガスとしてCを400sccmの流量で供給し、上部電極30に2500Wの高周波電力を印加し、下部電極24に50Wの高周波電力を印加する保護膜堆積ステップとを交互に繰り返す。プラズマエッチングステップでは、エッチングステップと、保護膜堆積(デポジション)ステップを、交互に繰り返して、所謂ボッシュプロセスによりウエーハWの表面WSの分割予定ラインLをエッチングして、分割予定ラインLに沿って幅が一定の溝Sを形成する。
所謂ボッシュプロセスを行うプラズマエッチングステップでは、エッチングステップと保護膜堆積ステップを繰り返しながら行う。プラズマエッチングステップでは、エッチングステップのときに分割予定ラインLが高速でエッチングされ、保護膜堆積ステップのときにエッチングされて露出した溝Sの内面に保護膜であるフルオロカーボン膜を堆積させるため、高いアスペクト比でウエーハWを高速にエッチングすることができる。
こうして、プラズマエッチングステップでは、所謂ボッシュプロセスにより、分割予定ラインLにウエーハWの仕上げ厚さTよりも深くかつ幅が一定の溝Sを形成する。ボッシュプロセスを行うプラズマエッチングステップでは、保護膜堆積ステップにおいて、溝Sの内面に保護膜を形成するので、デバイスDの側面などが露出してもエッチングされることを抑制できる。そして、ハウジング21内のエッチングガスを排気して、レジスト膜除去ステップに進む。
レジスト膜除去ステップは、プラズマエッチングステップを実施した後に、ウエーハWの表面WSを被覆したレジスト膜Rを洗浄して除去するステップである。レジスト除去ステップでは、図5に示すように、ウエーハWの裏面WRを保護部材Gを介してレジスト膜除去装置40のチャックテーブル41に載置し、チャックテーブル41に吸引保持させる。そして、チャックテーブル41を軸心回りに回転させ、かつ、レジスト膜除去装置40のポンプ42により図示しない薬液収容部からの薬液MFを加圧して薬液噴射ノズル43の先端の噴射口44からウエーハWの表面WSに噴射する。このとき、図6の矢印で示すように、先端の噴射口44がチャックテーブル41に保持されたウエーハWの回転中心を通るように、薬液噴射ノズル43を図6中の実線で示す位置と二点鎖線で示す位置との間で図示しないモータにより揺動させる。なお、図6の実線及び二点鎖線で示す位置は、噴射口44がチャックテーブル41に保持されたウエーハWの外縁と対向する位置である。また、図6では、溝S及びレジスト膜Rを省略している。このように、レジスト膜除去ステップでは、ウエーハWのレジスト膜Rに薬液MFを噴射して吹きつけ、レジスト膜RをウエーハWの表面WSから除去する。
レジスト膜除去ステップでは、ウエーハWに作用する薬液MFの圧力を低減し、デバイスDのダメージを抑制するために、ウエーハWの表面WSに近付くのにしたがって液柱が徐々に太くなるように、ポンプ42の加圧する圧力を調整して、薬液MFを円錐状に噴射するのが望ましい。これにより、ウエーハWの表面WSに薬液MFの液柱が当たる面積が大きくなって、スループットが向上し、レジスト膜除去ステップに係る時間を抑制することができる。また、本発明では、レジスト膜除去ステップにおいて、レジスト膜Rを除去する洗浄力を向上したい場合には、ポンプ42の加圧する圧力を調整して、液柱が一定の太さとなるように、薬液MFを噴射してもよい。
本実施形態では、薬液MFは、IPA(イソプロピルアルコール)などのアルコールである。また、本発明では、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン又はジプロピレングリコールメチルエーテルなどの従来アッシングの後に残留した僅かなレジスト膜Rを除去するために用いられる薬液であってもよい。また、本実施形態では、ポンプ42が、薬液MFを9MPa(ゲージ圧)に加圧し、噴射口44から噴射される薬液MFの圧力を3〜20MPa(ゲージ圧)としている。また、本実施形態では、噴射口44とウエーハWの表面WSとの距離を20〜70mmとし、チャックテーブル41の回転速度を200rpmとし、薬液噴射ノズル43の揺動速度を20〜50mm/secとし、薬液MFの使用量を0.2〜1l/minとし、洗浄時間を30〜200secとしている。そして、研削ステップに進む。
研削ステップは、ウエーハWの裏面WRを研削して、ウエーハWを仕上げ厚さT(図8に示す)へと薄化して、ウエーハWを個々のデバイスDを含んだデバイスチップDTに分割するステップである。研削ステップは、ウエーハWの表面WSに保護テープTGを貼着し、裏面WRから保護部材Gを取り外す。そして、図7に示すように、保護テープTGを下にして、ウエーハWの表面WSを研削装置50のチャックテーブル41に載置し、ウエーハWの裏面WRを露出させてチャックテーブル41に吸引保持する。その後、研削装置50の軸心回りに回転する研削ホイール52(研削手段に相当)を、軸心回りに回転するチャックテーブル41上に位置付ける。そして、研削ホイール52内の図示しないノズルを通して研削水をウエーハWの裏面WRに供給しつつ、研削ホイール52を徐々に下降していき、ウエーハWの裏面WRに研削送りする。
ウエーハWの裏面WRを研削ホイール52で研削して仕上げ厚さTへと薄化する。ウエーハWの厚さが仕上げ厚さTになると、研削ホイール52をチャックテーブル41から離間させて、チャックテーブル41のウエーハWの吸引保持を解除する。なお、ウエーハWの厚さが仕上げ厚さTになると、溝Sの深さが仕上げ厚さTよりも深く形成されているので、溝SをウエーハWの裏面WRに露出させることとなる。研削ステップは、図8に示すように、溝SをウエーハWの裏面WRに露出させることで、ウエーハWを個々のデバイスチップDTに分割することとなる。そして、ウエーハWの裏面WRがデバイスチップDTの裏面WRとなり、ウエーハWの表面WSがデバイスチップDTの表面WSとなる。そして、貼り換えステップに進む。
貼り換えステップは、ウエーハW即ち個々に分割されたデバイスチップDTの裏面WRに外周が環状のフレームFに装着されたダイシングテープTDを貼着するステップである。貼り換えステップは、まず、ウエーハW即ち個々に分割されたデバイスチップDTの裏面WRにダイシングテープTDを貼着する。同時又は後に、ダイシングテープTDの外周に、環状のフレームFを貼着する。そして、図9に示すように、保護テープTGをウエーハW即ち個々に分割されたデバイスチップDTの表面WSから剥離する。その後、分割された個々のデバイスチップDTは、次工程に搬送される。
また、本発明では、貼り換えステップでは、ダイシングテープTDを貼着する前に、ウエーハW即ち個々に分割されたデバイスチップDTの裏面WRにダイボンディング用の図示しない接着フィルムを貼着してもよい。なお、ダイボンディング用の接着フィルムとは、デバイスチップDTを実装、積層するのに用いる特殊粘着フィルムのことをいう。ダイボンディング用の接着フィルムを貼着した後に、接着フィルム側にダイシングテープTDを貼着する。そして、デバイスチップDTの表面WS側からレーザー光線をデバイスチップDT間に露出する接着フィルムに照射するか、ダイシングテープTDを拡張することで、接着フィルムを個々のデバイスチップDT毎に分割する。
実施形態に係るウエーハの加工方法によれば、プラズマエッチングステップ後のレジスト膜除去ステップにおいて、薬液MFを噴射するという非常にシンプルな工程でレジスト膜Rを除去する。このために、レジスト膜Rをアッシングしたり、アッシング後に残留したレジスト膜Rを薬液MFに浸漬する必要がないので、デバイスDにダメージを与えることなく、所要時間が長時間化することなく、低コストにレジスト膜Rを除去することができる。
また、薬液MFがイソプロピルアルコールなどのアルコールであるので、確実にレジスト膜Rを除去できるとともに、薬液MFの高コスト化を抑制でき、低コストにレジスト膜Rを除去することができる。
さらに、薬液MFが、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン又はジプロピレングリコールメチルエーテルなどの従来アッシングの後に残留した僅かなレジスト膜Rを除去するために用いられる薬液である場合には、確実にレジスト膜Rを除去できるとともに、薬液MFを容易に入手することができる。
次に、本発明の発明者らは本発明の効果を確認した。結果を表1に示す。
Figure 2016039186
表1の比較例1は、レジスト膜除去ステップでは、僅かにレジスト膜Rが残るようにアッシングを実施した後に、僅かに残ったレジスト膜Rを薬液MFに浸漬することで、レジスト膜Rを除去した。比較例2は、レジスト膜除去ステップでは、アッシングのみを実施してレジスト膜Rを除去した。本発明品1は、前述した実施形態のレジスト膜除去ステップを実施した。
本発明品1は、レジスト膜除去ステップでは、薬液MFとしてイソプロピルアルコールを用い、ポンプ42が、薬液MFを9MPa(ゲージ圧)に加圧し、噴射口44から噴射される薬液MFの圧力を10MPa(ゲージ圧)とした。また、本発明品1は、噴射口44とウエーハWの表面WSとの距離を30mmとし、チャックテーブル41の回転速度を200rpmとし、薬液噴射ノズル43の揺動速度を30mm/secとし、洗浄時間を20secとした。
本発明品2は、レジスト膜除去ステップでは、薬液MFとしてジメチルスルホキシドを用い、ポンプ42が、薬液MFを9MPa(ゲージ圧)に加圧し、噴射口44から噴射される薬液MFの圧力を10MPa(ゲージ圧)とした。また、本発明品2は、噴射口44とウエーハWの表面WSとの距離を30mmとし、チャックテーブル41の回転速度を200rpmとし、薬液噴射ノズル43の揺動速度を30mm/secとし、洗浄時間を20secとした。
本発明品3は、レジスト膜除去ステップでは、薬液MFとしてN−メチルピロリドンを用い、ポンプ42が、薬液MFを9MPa(ゲージ圧)に加圧し、噴射口44から噴射される薬液MFの圧力を10MPa(ゲージ圧)とした。また、本発明品3は、噴射口44とウエーハWの表面WSとの距離を30mmとし、チャックテーブル41の回転速度を200rpmとし、薬液噴射ノズル43の揺動速度を30mm/secとし、洗浄時間を20secとした。
表1に示された確認では、レジスト膜除去ステップの所要時間とデバイスDへのダメージを確認した。表1によれば、比較例1は、デバイスDのダメージはないが、所要時間が60secなどと長くなる傾向であった。また、比較例2は、所要時間が30secなどと長くなることはないが、デバイスDにダメージを与える傾向であった。これらの比較例1及び比較例2に対して、本発明品1〜3は、所要時間が30secなどと短く、デバイスDにダメージを与えることもなかった。このように、表1によれば、従来、アッシングの後に残留したレジスト膜Rを除去するために用いられる薬液MFや、イソプロピルアルコールなどのアルコールで構成される薬液MFを加圧してウエーハWの表面WSに噴射することで、コスト及び工数がかかることなくレジスト膜Rを除去できることが明らかとなった。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
51 チャックテーブル
D デバイス
R レジスト膜
L 分割予定ライン
MF 薬液
S 溝
T 仕上げ厚さ
W ウエーハ
WS 表面
WR 裏面

Claims (3)

  1. 表面の交差する複数の分割予定ラインによって区画された領域にデバイスが形成されたウエーハの加工方法であって、
    ウエ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被覆するレジスト膜被覆ステップと、
    該レジスト膜被覆ステップが実施されたウエーハにプラズマエッチングを実施し、ウエーハの表面に該分割予定ラインに沿った仕上げ厚さに至る溝を形成するプラズマエッチングステップと、
    該プラズマエッチングステップを実施した後に、ウエーハの表面のレジスト膜を洗浄して除去するレジスト膜除去ステップと、
    ウエーハの裏面を露出させてチャックテーブルに保持し、ウエーハの裏面を研削して該仕上げ厚さへと薄化するとともに該溝をウエーハの裏面に露出させることでウエーハを個々のデバイスチップに分割する研削ステップと、を備え、
    該レジスト膜除去ステップでは、ウエーハのレジスト膜に薬液を噴射して吹きつけ該レジスト膜を除去するウエーハの加工方法。
  2. 該薬液は、アルコールである請求項1記載のウエーハの加工方法。
  3. 該薬液は、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン又はジプロピレングリコールメチルエーテルである請求項1記載のウエーハの加工方法。
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