JP2017162933A

JP2017162933A - ウエーハの分割方法

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Publication number: JP2017162933A
Application number: JP2016044878A
Authority: JP
Inventors: 智隆田渕; Tomotaka Tabuchi
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14

Abstract

【課題】ウエーハが分割されたデバイスチップをプラズマエッチングする際にデバイスチップの表面に保護膜を形成し直さずに、デバイスチップの側面を効果的にエッチングしてデバイスチップの抗折強度を向上させることができるウエーハの分割方法を提供すること。【解決手段】ウエーハ（Ｗ）の分割方法は、ウエーハの表面に水溶性の保護膜（８２）を形成する保護膜形成工程と、分割予定ラインに沿って分割溝（Ｇ）を形成する分割溝形成工程と、分割溝に沿ってウエーハの内部に改質層（Ｍ）を形成する改質層形成工程と、改質層に沿って個々のデバイスチップ（Ｃ）に分割する分割工程と、デバイスチップの側面（８６）をラジカル（２２）を主体としてプラズマエッチングするエッチング工程と、エッチング工程の後、洗浄水を供給させ保護膜を除去する保護膜除去工程と、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、分割予定ラインに沿ってウエーハを分割するウエーハの分割方法に関する。

Ｌｏｗ−ｋ膜が積層された半導体ウエーハの分割としては、ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってＬｏｗ−ｋ膜にレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このレーザー加工溝に切削ブレードを位置付けて、ウエーハを切断する。また、Ｌｏｗ−ｋ膜が積層されたウエーハの裏面側から、分割予定ラインに沿って、Ｌｏｗ−ｋ膜を切断しない深さで切削ブレードによりウエーハを切削し、その後、切削溝に沿ってレーザー光線を照射してＬｏｗ−ｋ膜を切断する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−０２１４７６号公報特開２０１５−１５３７７０号公報

ところで、ウエーハが分割されたデバイスチップの側面には凹凸が生じており、この凹凸を起点にデバイスチップの抗折強度が低下して、デバイスチップが破損してしまう可能性がある。そこで、デバイスチップの抗折強度を向上させるために、プラズマエッチングによってデバイスチップから凹凸を除去する方法が考えられる。デバイスチップの側面をプラズマエッチングする際には、デバイスチップの表面に形成されたデバイスがエッチングされないように、ウエーハのデバイス面を保護する必要がある。

特許文献１のウエーハの分割方法においては、レーザー加工時にデバイスを保護するために、ウエーハの表面に水溶性の保護膜が形成される。保護膜にはレーザー加工によって生じるデブリが付着するため、保護膜はレーザー加工後にスピンナー洗浄によって除去される。また、レーザー加工後に保護膜を除去しないで切削ブレードでウエーハを切断することも可能であるが、切削ブレードに供給される切削水によって、保護膜はウエーハの表面から洗い流されてしまう。したがって、デバイスチップの側面の凹凸をプラズマエッチングする際には、デバイス面に改めて保護膜を形成し直さなければならない問題がある。

また、特許文献２のウエーハの分割方法においては、切削ブレードによる切削後にレーザー加工を行うため、デバイスチップの側面をプラズマエッチングする際に、レーザー加工時にデバイス面に形成された水溶性の保護膜を使用することができる。しかしながら、レーザー加工時に形成される保護膜は薄いため、デバイスチップの側面の凹凸をプラズマエッチングする際に保護膜もエッチングされ、デバイスを保護できなくなる問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ウエーハが分割されたデバイスチップをプラズマエッチングする際にデバイスチップの表面に保護膜を形成し直さずに、デバイスチップの側面を効果的にエッチングしてデバイスチップの抗折強度を向上させることができるウエーハの分割方法を提供することを目的とする。

本発明のウエーハの分割方法は、表面に絶縁膜を備え分割予定ラインによって区画されデバイスを形成するウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザ光線を照射させ、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射させ、分割予定ラインに沿ってウエーハを分割するウエーハの分割方法であって、ウエーハの表面となる絶縁膜の上面に水溶性の保護膜を形成する保護膜形成工程と、保護膜形成工程で形成される保護膜側からウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射させ分割予定ラインに沿って絶縁膜を切断する分割溝を形成する分割溝形成工程と、分割溝形成工程の後、分割溝に沿ってウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射させウエーハの内部で集光させウエーハの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、改質層形成工程の後、外力を加え改質層に沿って個々のデバイスチップに分割する分割工程と、分割工程で分割された個々のデバイスチップの側面をラジカルを主体としてプラズマエッチングするエッチング工程と、エッチング工程の後、洗浄水を供給させ保護膜を除去する保護膜除去工程と、を備える。

この構成によれば、エッチング工程において、プラズマ化されたエッチングガスに含まれるラジカルを主体としてデバイスチップがエッチングされる。デバイスチップの保護膜のエッチングが抑えられるため、分割溝形成工程で使用される水溶性の保護膜を用いてエッチング工程でデバイスを保護することができる。エッチング工程において、デバイスチップの表面に改めて保護膜を形成し直すことなく、デバイスチップの側面から凹凸を除去することができる。よって、デバイスチップの抗折強度を向上させることができ、凹凸に起因するデバイスチップの破損を防止することができる。

本発明によれば、ウエーハが分割されたデバイスチップをプラズマエッチングする際にデバイスチップの表面に保護膜を形成し直さずに、デバイスチップの側面を効果的にエッチングしてデバイスチップの抗折強度を向上させることができる。

本実施の形態に係る絶縁膜を備えるウエーハの断面模式図である。本実施の形態に係る保護膜形成工程を示す図である。本実施の形態に係る分割溝形成工程を示す図である。本実施の形態に係る改質層形成工程を示す図である。本実施の形態に係る分割工程を示す図である。本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の全体模式図である。本実施の形態に係るエッチング工程を示す図である。本実施の形態に係る保護膜除去工程を示す図である。変形例に係るプラズマエッチング装置の全体模式図である。

添付図面を参照して、本実施の形態に係るウエーハについて説明する。図１は、本実施の形態に係る絶縁膜を備えるウエーハの断面模式図である。

ウエ―ハＷは、シリコン等の基板１１と、基板１１の表面に形成された絶縁膜１２とで構成されている。絶縁膜１２には複数の分割予定ラインが格子状に形成され、分割予定ラインによって区画された領域にはデバイスＤが形成されている。絶縁膜１２は、ＳｉＯ_２膜または、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系膜、若しくはポリイミド、パリレン等を含むポリマーの有機物系膜からなるＬｏｗ−ｋ膜（低誘導率絶縁体被膜）で構成されている。ウエーハＷは、保護テープＴを介してリングフレームＦに支持される。

以下、本実施の形態に係るウエーハの分割方法について説明する。図２は本実施の形態に係る保護膜形成工程、図３は分割溝形成工程、図４は改質層形成工程、図５は分割工程を示す図である。

図２に示されるように、まず保護膜被覆装置において保護膜形成工程が実施される。ウエーハＷは、保護テープＴを介してリングフレームＦに支持されており、保護テープＴを介して保持テーブル１５に吸引保持されている。保持テーブル１５の周囲には、４つのクランプ部７１が設けられ、各クランプ部７１によってウエーハＷの周囲のリングフレームＦが四方から挟持固定されている。保持テーブル１５の上方には水溶性樹脂ノズル２５が設けられ、水溶性樹脂ノズル２５の先端からウエーハＷに対して水溶性樹脂が滴下される。

滴下された水溶性樹脂によりウエーハＷの表面中央に液溜まりが形成されると、水溶性樹脂の供給が停止され、ウエーハＷを保持した保持テーブル１５が回転する。保持テーブル１５の回転に伴う遠心力によってウエーハＷの表面８７全域が水溶性樹脂で覆われる。そして、水溶性樹脂が固化することでウエーハＷの表面８７となる絶縁膜１２の上面に保護膜８２が均一に形成される。保護膜８２は、後述するレーザー加工時にデバイスＤへのデブリの付着を防止する。水溶性樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等が挙げられる。

図３に示すように、保護膜形成工程の後には、レーザー加工装置において分割溝形成工程が実施される。図３Ａに示すように、ウエーハＷは、保護テープＴを介してリングフレームＦに支持されており、保護テープＴを介して保持テーブル１６に吸引保持されている。保持テーブル１６の周囲には、４つのクランプ部７２が設けられ、各クランプ部７２によってウエーハＷの周囲のリングフレームＦが四方から挟持固定されている。加工ヘッド２６の射出口がウエーハＷの分割予定ラインに位置付けられ、ウエーハＷの保護膜８２側からウエーハＷに対してレーザー光線が照射される。レーザー光線は、ウエーハＷに対して吸収性を有する波長であり、ウエーハＷの表面８７近傍に集光するように調整されている。このレーザー光線がウエ―ハＷに照射されることで、保護膜８２、及びウエーハＷの表面８７部分にアブレーションが生じて部分的にエッチングされる。

そして、図３Ｂに示すようにウエーハＷに分割予定ラインに沿った分割溝Ｇが形成される。分割溝ＧはウエーハＷに対して所定の深さで形成され、絶縁膜１２は分割溝Ｇによって分断される。ここで、アブレーションとは、レーザー光線の照射強度が所定の加工閾値以上になると、固体表面で電子、熱的、光科学的及び力学的エネルギーに変換され、その結果、中性原子、分子、正負のイオン、ラジカル、クラスタ、電子、光が爆発的に放出され、固体表面がエッチングされる現象をいう。

図４に示すように、分割溝形成工程の後には、レーザー加工装置において改質層形成工程が実施される。ウエーハＷは、保護テープＴを介してリングフレームＦに支持されており、保護テープＴを介して保持テーブル１７に吸引保持されている。保持テーブル１７の周囲には、４つのクランプ部７３が設けられ、各クランプ部７３によってウエーハＷの周囲のリングフレームＦが四方から挟持固定されている。加工ヘッド２７の射出口が分割溝形成工程で形成された分割溝Ｇに位置付けられ、ウエ―ハＷの表面８７側から分割溝Ｇに沿ってレーザー光線が照射される。レーザー光線は、ウエーハＷに対して透過性を有する波長であり、ウエーハＷの内部に集光するように調整されている。このレーザー光線がウエ―ハＷに照射されることで、ウエーハＷの内部に改質層Ｍが形成される。

ここで、改質層Ｍとは、レーザー光線の照射によってウエーハＷの内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。改質層Ｍは、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域であり、これらが混在した領域でもよい。

図５に示すように、改質層形成工程の後には、エキスパンド装置において分割工程が実施される。分割工程では、エキスパンド装置の環状テーブル１８上にリングフレームＦが保持され、ウエーハＷとリングフレームＦの間に拡張ドラム１９の上端が位置付けられる。そして、環状テーブル１８と共にリングフレームＦが下降することで、拡張ドラム１９が環状テーブル１８に対して相対的に突き上げられ、保護テープＴが放射方向に拡張される。このように、ウエーハＷに対して外力を加えることで、改質層Ｍに沿ってウエーハＷがデバイスチップＣに分割される。

ウエ―ハＷが分割された個々のデバイスチップＣの側面８６には細かな凹凸９１が生じており、凹凸９１を除去するために後述するプラズマエッチングを行う。通常デバイスチップＣの側面８６をプラズマエッチングする際には、デバイスチップＣの表面８７に形成されたデバイスＤがエッチングされないように、デバイスチップＣの表面８７を保護する必要がある。本実施の形態においては、ウエ―ハＷに分割溝Ｇを形成する際に用いた保護膜８２を、エッチング工程でも利用する。このため、エッチング工程においてデバイスチップＣの表面８７に保護膜を形成し直す必要がない。

しかしながら、通常のプラズマエッチング装置では、レーザー加工時に形成された薄い保護膜８２を用いてデバイスチップＣをエッチングすると、デバイスチップＣの側面８６と共に保護膜８２もエッチングされ、デバイスＤを保護することができなくなる場合があった。そこで、本実施の形態においては、プラズマ化されたエッチングガスからイオンを取り除き、ラジカルを主体としたプラズマエッチングを実施する。これにより、デバイスチップＣの表面８７側に作用するイオンの割合を低くして、保護膜８２のエッチングを抑えることができる。

分割工程の後には、プラズマエッチング装置においてエッチング工程が実施される。まず、エッチング工程について説明する前に、エッチング工程で用いられるプラズマエッチング装置について説明する。図６は、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の全体模式図である。

図６に示すように、プラズマエッチング装置１のチャンバー３０の減圧室５０は、バッファプレート４５により上下に仕切られており、上減圧室３１及び下減圧室３６を有している。バッファプレート４５には多数の細孔４６が形成されており、細孔４６を介して上減圧室３１及び下減圧室３６は連通している。

チャンバー３０の上壁３２には、減圧室５０内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給口３３が形成されており、エッチングガス供給口３３はエッチングガス供給源５１に接続されている。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、四フッ化メタン（ＣＦ_４）、三フッ化窒素（ＮＦ_３）等のフッ素を含むフッ素系ガスにヘリウムガス等が含まれたフッ素系のガスが用いられる。また、チャンバー３０のバッファプレート４５より上方の側壁３４ａの周囲には環状のコイル３５が巻かれ、コイル３５には高周波電源５５から高周波電力が供給される。

チャンバー３０のバッファプレート４５より下方の側壁３４ｂには、片面を粘着テープＴに貼着させたデバイスチップＣを搬入及び搬出する搬入出口３８が形成されている。下減圧室３６内には、デバイスチップＣを保持する保持テーブル３９が配設されている。デバイスチップＣの表面８７（図７参照）は、保護膜形成工程で形成された保護膜８２で覆われている。保持テーブル３９は、デバイスチップＣの粘着テープＴ側を保持している。

保持テーブル３９の下方には排気口５２が形成されており、排気口５２には減圧室５０を減圧する排気手段５３が接続されている。排気手段５３によって減圧室５０内から排気口５２にエアや反応ガスが排気されることで、減圧室５０内が減圧され、減圧室５０内に気流を生じさせる。

高周波電源５５によりコイル３５に高周波電力が供給されると、上減圧室３１のエッチングガスはプラズマ化され、上減圧室３１にラジカル２２及びイオン２１（図７参照）が生成される。

次に、本実施の形態に係るエッチング工程について説明する。図７は、本実施の形態に係るエッチング工程を示す図である。

バッファプレート４５は、導電性を有する板状の部材であり、表裏に貫通した多数の細孔４６が形成されている。高周波電源５５（図６参照）からコイル３５（図６参照）高周波電力が供給されることによりプラズマ化されたエッチングガスは、減圧室５０内の気流で、バッファプレート４５の細孔４６を通過して、下減圧室３６に流入する。その際、エッチングガス中のイオン２１は、バッファプレート４５の細孔４６内で互いに衝突することによりガス化される。

ラジカル２２及びガス化されなかった一部のイオン２１は、細孔４６をそのまま通過して、下減圧室３６でデバイスチップＣをエッチングする。下減圧室３６に流入したエッチングガスに含まれるラジカル２２は、気流によって下減圧室３６内を漂いながら、保持テーブル３９に保持されるデバイスチップＣに落下する。ラジカル２２は、電位により真下に引き寄せられるイオン２１と異なり、デバイスチップＣに対して落下方向が制限されない。

一部のイオン２１はデバイスチップＣの表面８７側に衝突しやすく、デバイスチップＣの表面８７側のみをエッチングする。これに対し、ラジカル２２はデバイスチップＣに対して多方向から接触するため、イオン２１のようにデバイスチップＣの側面８６に当たりにくいものと比べて、側面８６の下側まで届きやすい。デバイスチップＣ間に進入したラジカル２２はデバイスチップＣと反応して側面８６をエッチングし、凹凸９１を除去することができる。

バッファプレート４５でイオン２１がガス化されるため、バッファプレート４５を通過して下減圧室３６に流入するエッチングガスにおいては、ラジカル２２の割合が高く、イオン２１の割合が低くなっている。これにより、イオン２１によるエッチングを抑えて、ラジカル２２によるエッチングを主体とすることができるため、イオン２１によるデバイスチップＣの表面８７側のエッチングを抑えることができる。すなわち、保護膜８２のエッチングを抑えながら、ラジカル２２により側面８６の凹凸９１を効果的にエッチングすることができる。したがって、デバイスチップＣの抗折強度を向上させ、凹凸９１を起点に生じるデバイスチップＣの破損を防止することができる。凹凸９１がエッチングされる際に、改質層ＭもエッチングされデバイスチップＣから除去されてもよい。

エッチング工程の後には、保護膜被覆装置において保護膜除去工程が実施される。図８は、本実施の形態に係る保護膜除去工程を示す図である。図８Ａに示すように、ウエーハＷは、保護テープＴを介してリングフレームＦに支持されており、保護テープＴを介して保持テーブル１５に吸引保持されている。保持テーブル１５の周囲には、４つのクランプ部７１が設けられ、各クランプ部７１によってウエーハＷの周囲のリングフレームＦが四方から挟持固定されている。保持テーブル１５の上方には洗浄水ノズル２８が設けられている。洗浄時には、洗浄水ノズル２８から洗浄水を噴射させながら保持テーブル１５が高速回転される。デバイスチップＣの表面に洗浄水が吹き付けられることで、デバイスチップＣからデブリが付着した保護膜８２が洗い流され、図８Ｂに示すようにウエーハＷから保護膜８２が除去される。保護膜８２は水溶性であるため、容易に除去することができる。

以上のように、エッチング工程において、プラズマ化されたエッチングガスに含まれるラジカル２２を主体としてデバイスチップＣがエッチングされる。デバイスチップＣの保護膜８２のエッチングが抑えられるため、分割溝形成工程で使用される水溶性の保護膜８２を用いてエッチング工程でデバイスＤを保護することができる。エッチング工程において、デバイスチップＣの表面に改めて保護膜を形成し直すことなく、デバイスチップＣの側面８６から凹凸９１を除去することができる。よって、デバイスチップＣの抗折強度を向上させることができ、凹凸９１に起因するデバイスチップＣの破損を防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、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することが可能である。

例えば、上記した実施の形態においては、コイル３５がチャンバー３０のバッファプレート４５より上方の側壁３４ａの周囲に巻かれている構成にしたが、この構成に限定されない。図９は、変形例に係るプラズマエッチング装置の全体模式図である。上記実施の形態と、図９のプラズマエッチング装置は、コイル６５がエッチングガス供給口６３の側壁６４の周囲に巻かれている点が相違するが、両者は同様の効果を奏する。

また、上記した実施の形態においては、分割工程におけるウエ―ハＷの分割はウエ―ハＷをエキスパンドすることにより行われる構成としたが、この構成に限定されない。ウエ―ハＷに形成した改質層Ｍを起点としてウエ―ハＷが分割される構成であればよい。例えば、ウエ―ハＷの分割はブレーキングにより行われてもよい。

また、上記した実施の形態においては、エッチングガスとしてフッ素系のガスを用いる構成としたが、この構成に限定されない。エッチングガスは、ウエーハの材料に合わせて適宜選択することができる。

また、上記した実施の形態においては、保護膜被覆装置、アブレーション加工用のレーザー加工装置、改質層形成用のレーザー加工装置は別の装置としたが、この構成に限定されない。全ての装置が一体に構成されていてもよいし、一部の装置が一体に構成されていてもよい。

以上説明したように、本発明は、ウエーハが分割されたデバイスチップをプラズマエッチングする際にデバイスチップの表面に保護膜を形成し直さずに、デバイスチップの側面を効果的にエッチングしてデバイスチップの抗折強度を向上させることができるという効果を有し、特に、分割予定ラインに沿ってウエーハを分割するウエーハの分割方法に有用である。

１プラズマエッチング装置
１２絶縁膜
２１イオン
２２ラジカル
８２保護膜
８６（デバイスチップの）側面
８７（ウエーハ（デバイスチップ）の）表面
Ｃデバイスチップ
Ｄデバイス
Ｇ分割溝
Ｍ改質層
Ｗウエーハ

Claims

表面に絶縁膜を備え分割予定ラインによって区画されデバイスを形成するウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザ光線を照射させ、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射させ、該分割予定ラインに沿ってウエーハを分割するウエーハの分割方法であって、
ウエーハの表面となる絶縁膜の上面に水溶性の保護膜を形成する保護膜形成工程と、
該保護膜形成工程で形成される該保護膜側からウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射させ該分割予定ラインに沿って該絶縁膜を切断する分割溝を形成する分割溝形成工程と、
該分割溝形成工程の後、該分割溝に沿ってウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射させウエーハの内部で集光させウエーハの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、
該改質層形成工程の後、外力を加え該改質層に沿って個々のデバイスチップに分割する分割工程と、
該分割工程で分割された個々のデバイスチップの側面をラジカルを主体としてプラズマエッチングするエッチング工程と、
該エッチング工程の後、洗浄水を供給させ該保護膜を除去する保護膜除去工程と、を備えるウエーハの分割方法。