JP2017216302A - 素子チップの製造方法 - Google Patents

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尚吾 置田
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Akihiro Ito
彰宏 伊藤
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Katsumi Takano
克巳 高野
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Mitsuru Hiroshima
満 廣島
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Abstract

【課題】生産性を低下させることなく、バンプのプラズマによる劣化および損傷を抑制しながら、基板を個片化する。
【解決手段】露出したバンプを備える第1の面および第2の面を備えるとともに、分割領域で画定される複数の素子領域を備える基板を準備する準備工程と、少なくともバンプの頭頂部を、粘着層に埋め込むバンプ埋め込み工程と、第2の面にマスクを形成するマスク形成工程と、第1の面をフレームで支持された保持テープに対向させて、基板を保持テープに保持させる保持工程と、マスク形成工程および保持工程の後、基板を保持テープを介してプラズマ処理装置内に設けられたステージに載置する載置工程と、載置工程の後、分割領域を第2の面から第1の面までプラズマエッチングして、基板から複数の素子チップを形成する個片化工程と、個片化工程の後、粘着層を剥離して、バンプを再び露出させるバンプ露出工程と、を備える素子チップの製造方法。
【選択図】図1A

Description

本発明は、バンプを備える基板を個片化して、素子チップを製造する方法に関する。
分割領域で画定される複数の素子領域を備える基板を個片化する方法として、分割領域を基板の一方の面から他方の面に達するまでプラズマエッチングする方法(プラズマダイシング)が知られている。基板は、通常、半導体層と、半導体層に積層された回路層と、回路層に配置され、電極パッド(ボンディングパッド)および半田ボール等の金属材料を含む突起(バンプ)を備えている。基板の分割領域をプラズマエッチングすることにより、上記回路層およびバンプを有する素子チップが形成される。
プラズマダイシングは、プラズマ処理装置に設置されたステージに基板を載置して行われる。通常、基板は、半導体層がステージに対向するようにステージに載置され、基板のバンプが配置されている面(回路層)側からプラズマが照射されて、個片化される(特許文献1参照)。バンプのステージとの接触による損傷が防止されるとともに、個片化後に行われる素子チップのピックアップが容易になるためである。特許文献1では、電極パッドが回路層の表面に露出した状態で、プラズマダイシングされる。
特開2002−93749号公報
基板を、上記のように、露出したバンプを備える回路層の表面からプラズマダイシングする場合、バンプはプラズマに曝される。そのため、バンプを構成する金属材料が飛散する。飛散した金属材料がプラズマ処理装置内に付着すると、プラズマの発生が不安定化したり、プラズマダイシングの対象物である基板が、金属によって汚染される場合がある。また、飛散した金属材料が基板に再付着すると、これが微小なマスク(マイクロマスク)となって、所望のエッチングが実施されない。さらに、飛散した金属材料が基板に再付着したり、バンプの一部がエッチングされたりすることにより、得られる素子チップの電気的なデバイス特性および信頼性の低下が引き起こされる場合もある。
バンプへのプラズマ照射を抑制するために、バンプを覆うとともに分割領域に開口を備えるレジストマスクを形成する方法が考えられる。この場合、プラズマダイシング中にバンプが露出しないよう、レジストマスクを十分に厚くする必要がある。レジストマスクの形成は、通常、レジスト液を基板に回転塗布(スピンコート)することにより行われる。平坦な表面を備える厚さTの基板をプラズマダイシングする場合、必要なレジストマスクの膜厚Mは、そのエッチング条件におけるマスク選択比をRとして、少なくともT/R以上である。通常はプロセス変動などを考慮して、マスク膜厚Mは、T/R×1.1〜T/R×2.0に設定される。スピンコートに用いられるレジスト液は流動性を有するため、基板の表面にバンプがある場合、バンプの頭頂部のレジスト膜厚Mは薄くなる。そのため、プラズマダイシング中にバンプの頭頂部が露出しないように、レジスト膜厚を上記よりも大きくする必要がある。よって、レジスト液の使用量が大幅に増え、レジストマスク形成に要する時間が増加するとともに、生産コストが増大する。
レジストマスクは、プラズマダイシング後、プラズマアッシングにより除去される。レジストマスクが厚いと、プラズマアッシングに要する時間が長くなるため、生産性が低下する。また、プラズマアッシングの際、バンプの頭頂部は長い時間、プラズマに曝されるため、バンプの表面が酸化されやすくなる。よって、基板の接触抵抗が増加する等、デバイス特性の不具合が生じやすくなる。このように、バンプへのプラズマ照射を抑制するためにバンプをレジストマスクで覆う場合、生産性やデバイス特性の点で課題がある。
本発明の一局面は、露出したバンプを備える第1の面および前記第1の面の反対側の第2の面を備えるとともに、分割領域で画定される複数の素子領域を備える基板を準備する準備工程と、少なくとも前記バンプの頭頂部を、粘着層に埋め込むバンプ埋め込み工程と、前記第2の面に、前記素子領域を被覆するとともに前記分割領域を露出させるマスクを形成するマスク形成工程と、前記第1の面をフレームで支持された保持テープに対向させて、前記基板を前記保持テープに保持させる保持工程と、前記マスク形成工程および前記保持工程の後、前記基板を、前記保持テープを介してプラズマ処理装置内に設けられたステージに載置する載置工程と、前記載置工程の後、前記分割領域を前記第2の面から前記第1の面までプラズマエッチングして、前記基板から複数の素子チップを形成する個片化工程と、前記個片化工程の後、前記粘着層を剥離して、前記バンプを再び露出させるバンプ露出工程と、を備える、素子チップの製造方法に関する。
本発明によれば、生産性を低下させることなく、バンプのプラズマによる劣化および損傷を抑制しながら、基板を個片化することができる。
本発明の第1実施形態に係る素子チップの製造方法を基板の断面で示す概念図である((a)〜(h))。 第1実施形態で用いられる基板の他の例を示す断面図である。 第1実施形態で実施されるバンプ露出工程の他の例を基板の断面で示す概念図である。 本発明の実施形態に係る基板の構成を模式的に示す断面図である。 第1実施形態の埋め込み工程における基板と保護テープとの積層体を模式的に示す断面図である。 第1実施形態の埋め込み工程における基板と保護テープとの他の積層体を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る搬送キャリアを概略的に示す上面図(a)およびそのB−B線での断面図(b)である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構造を断面で示す概念図である。 本発明の第2実施形態に係る素子チップの製造方法を基板の断面で示す概念図である((a)〜(h))。
本実施形態では、露出したバンプを備える第1の面および第1の面の反対側の第2の面を備えるとともに、分割領域で画定される複数の素子領域を備える基板を準備する準備工程と、少なくともバンプの頭頂部を、粘着層に埋め込むバンプ埋め込み工程と、第2の面に、素子領域を被覆するとともに分割領域を露出させるマスクを形成するマスク形成工程と、第1の面をフレームで支持された保持テープに対向させて、基板を保持テープに保持させる保持工程と、マスク形成工程および保持工程の後、基板を、保持テープを介してプラズマ処理装置内に設けられたステージに載置する載置工程と、載置工程の後、分割領域を第2の面から第1の面までプラズマエッチングして、基板から複数の素子チップを形成する個片化工程と、個片化工程の後、粘着層を剥離して、バンプを再び露出させるバンプ露出工程と、を備える方法により、素子チップが製造される。
基板は、バンプを備える第1の面とは反対側の面(第2の面)からプラズマダイシングされる。そのため、バンプは、プラズマに曝され難くなる。これにより、以下の効果が得られる。
(第1の効果)プラズマ発生の安定化
バンプがプラズマに曝されると、バンプを構成する金属材料が飛散する場合がある。プラズマ処理装置が誘導結合型のプラズマ源を備え、プラズマ生成用の磁場を透過させるための誘電体部材を有する場合、この誘電体部材に、バンプに起因する反応性に乏しい金属材料(金、銅、ニッケル等)が付着すると、プラズマ生成用の磁場の透過が阻害される。これにより、プラズマの発生が不安定となり、エッチングの再現性や安定性が低下する。しかし、本実施形態によれば、プラズマ処理装置が上記誘電体部材を備える場合であっても、この誘電体部材への上記金属材料の付着が抑制されるため、プラズマの発生が安定し、エッチングの再現性や安定性が向上する。
(第2の効果)素子チップの形状の良化
バンプを構成していた金属材料が基板に再付着すると、プラズマダイシングの際にマイクロマスクとなり、素子チップの側面が荒れる等、素子チップの形状にマイナスの影響を与える。このような素子チップの形状へのマイナスの影響は、素子チップの抗折強度の低下や、素子チップをパッケージングする際のモールド不良の原因となり得る。しかし、本実施形態によれば、プラズマダイシング時に、上記金属材料によるマイクロマスクが形成され難いため、側面の平滑性に優れる素子チップが得られる。したがって、得られる素子チップは抗折強度に優れるとともに、パッケージングする際のモールド不良が生じ難い。
(第3の効果)エッチング残渣およびエッチングストップの抑制
バンプを構成していた金属材料が飛散し、基板の分割領域に再付着すると、分割領域にエッチング残渣が発生する。このようなエッチング残渣は、パーティクルの原因となったり、プラズマダイシング後のピックアップ工程における認識不良およびピックアップミスを誘発する。そのため、生産の歩留まりが低下する。さらに、分割領域に発生するエッチング残渣が多いと、分割領域でエッチングストップが発生し、基板が個片化できないという不具合を生じる。しかし、本実施形態によれば、プラズマダイシング時に、上記金属材料の基板への再付着が生じ難いため、分割領域におけるエッチング残渣の発生が抑制される。よって、パーティクルが低減するとともに、プラズマダイシング後のピックアップ工程における認識性やピックアップ性が高まり、生産の歩留まりも向上する。また、プラズマダイシング時に、分割領域でエッチングストップが発生し難く、歩留まりが向上する。
(第4の効果)素子チップの金属汚染の抑制
バンプを構成していた金属材料が飛散し、素子チップのバンプ以外の部分(例えば、回路層表面の樹脂保護層の表面、半導体層の側面)に再付着すると、素子チップの金属汚染が生じる。素子チップが金属汚染されると、デバイス特性が低下する。しかし、本実施形態によれば、上記金属材料の素子チップのバンプ以外の部分への再付着が抑制されるため、素子チップの金属汚染は生じ難く、素子チップのデバイス特性が向上する。
(第5の効果)バンプのエッチング防止
バンプの一部がエッチングされると、素子チップの電気的特性が変化し得る。しかし、本実施形態によれば、バンプのエッチングが防止されるため、素子チップの電気的特性の変化は生じ難い。
(第6の効果)バンプの劣化防止
バンプがプラズマに曝されると、バンプが変質(劣化)して、不具合を生じる場合がある。例えば、バンプが銅を含む場合、六フッ化硫黄(SF)を含むガスを用いたプラズマ処理を行うと、プラズマ照射により銅が硫化されて、信頼性が低下する。プロセスガスあるいはアッシングガスがフッ素または酸素を含む場合、バンプ表面のフッ化あるいは酸化により、接触抵抗の上昇および接合強度の低下が生じて、信頼性が低下する。また、プロセスガスがCなどのフルオロカーボンを含む場合、バンプ表面に炭素を含有する反応生成物が付着し、接触抵抗の上昇および接合強度の低下が生じて、信頼性が低下する。しかし、本実施形態によれば、プラズマダイシング時のバンプの劣化が起こり難い。したがって、どのような種類のガスを使用する場合であっても、信頼性は損なわれ難い。
(第7の効果)バンプの損傷防止
本実施形態によれば、プラズマダイシング時に、バンプの少なくとも頭頂部が粘着層に保護された状態で、ステージに載置される。そのため、バンプのステージとの接触による損傷が抑制される。また、基板を第2の面からプラズマダイシングするため、素子領域を被覆するマスクは、第2の面に形成される。そのため、第1の面に露出するバンプは、マスク形成に用いられる現像液等の影響を受け難い。よって、マスク形成工程においても、バンプの損傷が抑制される。
(第8の効果)厚いレジストマスクの省略
バンプ保護のために、上記のように基板に厚いレジストマスクを形成する場合、プラズマダイシング後に、レジストマスクを除去するための長時間のプラズマアッシングが必要となる。そのため、処理時間が増大したり、バンプの頭頂部がアッシングプラズマに曝されることにより酸化され、電気的接続を行った際に接触抵抗が増加する等のデバイス特性の不具合が生じやすくなる。しかし、本実施形態では、プラズマダイシングが回路層とは反対側の面から行われるため、上記のような厚いレジストマスクが不要となり、製造コストの上昇を抑制することができる。さらに、レジストマスク除去のための長時間のアッシングが省略されるため、上記のような処理時間の増大やデバイス特性の不具合が生じ難い。
以下、バンプ埋め込み工程が、粘着層を備える保護テープを第1の面に貼着することにより行われる第1実施形態、および、バンプ埋め込み工程が、バンプを保持テープの粘着層に埋め込むことにより行われ、バンプ埋め込み工程と保持工程とが同時に実施される第2実施形態について、図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
本実施形態では、バンプ埋め込み工程が、粘着層を備える保護テープを第1の面に貼着することにより行われる。本実施形態に係る製造方法を、図1A〜図5を参照しながら説明する。図1A(a)〜(h)は、本実施形態に係る製造方法を基板の断面で示す概念図である。図1Bは、本実施形態で用いられる基板の他の例を示す断面図である。図1Cは、本実施形態で実施されるバンプ露出工程の他の例を、基板の断面で示す概念図である。図2は、本実施形態に係る基板(薄化工程前)の構成を模式的に示す断面図である。図3Aは、本実施形態の埋め込み工程における基板と保護テープとの積層体を模式的に示す断面図である。図3Bは、本実施形態の埋め込み工程における基板と保護テープとの他の積層体を模式的に示す断面図である。図4は、本実施形態に係る搬送キャリアを概略的に示す上面図(a)およびそのB−B線での断面図(b)である。図5は、本実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構造を断面で示す概念図である。図示例では、便宜上、同じ機能を備える部材に同じ符号を付している。
(1)準備工程
まず、個片化の対象となる基板10を準備する(図1A(a))。基板10は、第1の面10Xおよび第2の面10Yを備えるとともに、半導体層11と、半導体層11の第1の面10X側に積層された回路層12と、回路層12に配置された複数のバンプ13と、を備える。また、基板10は、分割領域R1と、分割領域R1によって画定される複数の素子領域R2とに区画されている。基板10の分割領域R1をエッチングすることにより、半導体層11、回路層12およびバンプ13を備える素子チップ100が得られる。
準備される基板10は、図1Bに示すように、分割領域R1において半導体層11が露出していてもよい。すなわち、回路層12は、素子領域R2に従って複数に分離されていてもよい。回路層12の分離は、回路層12を形成する工程で行われてもよいし、回路層12を形成した後、準備工程の前に、レーザスクライビングやメカニカルダイシング等により行われてもよい。このように、準備される基板10の回路層12が分離されている場合、個片化工程において、回路層12のエッチングが不要となるため生産性が向上する。また、基板10は、薄化工程において、回路層12が有する内部応力により、反り易い。基板10が反っていると、プラズマダイシング時の基板10の冷却が不十分となり、所望のプラズマダイシングが実施され難い。あらかじめ分離された回路層12を備える基板10に対して薄化工程を行う場合、反りの原因となる内部応力が緩和される。よって、基板10の反りが抑制され易くなる。
基板10の大きさは特に限定されず、例えば、最大径50〜300mm程度である。基板10の形状も特に限定されず、例えば、円形、角型である。また、基板10には、オリエンテーションフラット(オリフラ)、ノッチ等の切欠き(いずれも図示せず)が設けられていてもよい。
(半導体層)
半導体層11は、例えば、シリコン(Si)、ガリウム砒素(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)、炭化ケイ素(SiC)等を含む。後述する薄化工程後の半導体層11の厚みは特に限定されず、例えば、20〜1000μmであり、100〜300μmであってもよい。
(回路層)
回路層12は、例えば、絶縁膜、金属層、樹脂保護層(例えば、ポリイミド)、レジスト層等を含んでおり、半導体回路、電子部品素子、MEMS等を構成している。回路層12の厚みは特に限定されず、例えば、10〜100μmである。
(バンプ)
バンプ13は、例えば、電極パッド、半田ボール等の金属材料を含む突起である。バンプ13に含まれる金属は特に限定されず、例えば、銅、銅と錫と銀との合金、銀と錫との合金、鉛と錫との合金、金、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。後述するように、パンプ13はプラズマに直接曝されないため、金属の劣化や化学変化等を気にすることなく、目的に応じて種々の金属を使用することができる。バンプ13の形状も特に限定されず、角柱、円柱、山型、ボール型等であってもよい。バンプ13の高さHb(図2参照)も、目的に応じて適宜設定すればよく、例えば、20〜200μmである。バンプ13の高さHbは、半導体層11の法線方向における、バンプ13の最大の高さである。バンプの配置および個数も特に限定されず、目的に応じて適宜設定される。
(2)バンプ埋め込み工程
次に、バンプ13の少なくとも頭頂部131を、第1粘着層22に埋め込む(図1A(b))。これにより、続いて行われる薄化工程におけるバンプ13の損傷が抑制される。バンプ13の頭頂部131は、第1粘着層22を備える保護テープ20を第1の面10Xに貼着することにより、第1粘着層22に埋め込まれる。保護テープ20を第1の面10Xに貼着した後、加圧してもよい。特に、保護テープ20を真空中で加圧、加熱しながらバンプ13に貼着することにより、バンプ13は第1粘着層22に埋め込まれ易くなる。
(保護テープ)
保護テープ20は、例えば、基材21および第1粘着層22を備える。基材21は、第1粘着層22の支持体である。基材21の材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリイミド等が挙げられる。基材21の厚みは特に限定されないが、支持体としての機能およびハンドリング性の点で、30〜150μmであることが好ましい。
第1粘着層22は、バンプ13の少なくとも頭頂部131に沿って追随できる程度の柔軟性を有していることが好ましい。加えて、第1粘着層22は、バンプ13を損傷および剥離することなく、第1の面10Xから容易に剥離できる程度の剥離性を有していることが好ましい。剥離性の観点から、バンプ13と第1粘着層22との間の粘着力は、バンプ13と回路層12との間の接着力よりも小さいことが好ましい。さらに、第1粘着層22は、後の各工程における温度条件(例えば、レジストマスク形成時のベーク条件(150℃×5分程度))に耐えうる耐熱性を有することが好ましい。
このような第1粘着層22は、例えば、アクリル樹脂を含む層(アクリル樹脂層)とシリコーン樹脂を含む層(シリコーン樹脂層)との積層体により形成される。このとき、基材21側にアクリル樹脂層を配置する。柔軟性の観点から、アクリル樹脂層の厚みは、シリコーン樹脂層よりも大きいことが好ましい。なかでも、アクリル樹脂層の厚みは、シリコーン樹脂層の厚みの5〜20倍であることが好ましい。第1粘着層22は、例えば、紫外線硬化型樹脂(例えば、アクリル樹脂と光重合性オリゴマーと光重合開始剤との混合物)により形成されてもよい。この場合、第1粘着層22に紫外線を照射することにより、保護テープ20は基板10から容易に剥離される。
第1粘着層22の厚みT(図3A参照)は、バンプ13の少なくとも頭頂部131を埋め込むことができる限り、特に限定されない。バンプ13の頭頂部131は、図2に示すように、バンプ13の先端から、バンプ13の高さHbの1/3までを占める部分である。すなわち、第1粘着層22の厚みは、バンプ13の高さHbの1/3以上である限り、特に限定されない。なかでも、バンプ13の保護の観点から、第1粘着層22の厚みTは、バンプ13の高さHbより大きいことが好ましい。一方、コストの観点から、第1粘着層22の厚みTは、バンプ13の高さHbの2倍以下であることが好ましい。具体的には、第1粘着層22の厚みTは、40〜400μmであり、100〜300μmであってもよい。例えば、バンプ13の高さHbが65μmの場合、第1粘着層22の厚みTは115μmであってもよい。このとき、基材21の厚みは、例えば50μmである。第1粘着層22の厚みTは、半導体層11の法線方向における、第1粘着層22の平均の厚みである。
バンプ13は、図3Aに示すように、頭頂部131における表面とともに、バンプ13の頭頂部131以外であって、かつ、バンプ13の第1の面10Xとの接触部133以外(すなわち、基部132)の表面が第1粘着層22に覆われるように、第1粘着層22に埋め込まれていてもよい。これにより、薄化工程、マスク形成工程および個片化工程におけるバンプ13の損傷や変質が、さらに抑制される。このとき、第1粘着層22の厚みTは、バンプ13の高さHbより大きい。
一方、バンプ13の基部132の表面は、第1粘着層22に覆われていなくてもよい。例えば、図3Bに示すように、素子領域R2における隣接するバンプ13間の領域(狭ピッチ領域R21)において、基部132と、第1粘着層22と、第1の面10Xとで囲まれた空隙Sが形成されるように、バンプ13が第1粘着層22に埋め込まれていてもよい。この場合、バンプ13の表面と第1粘着層22との接触面積が小さいため、後のバンプ露出工程において、第1粘着層22の剥離がよりスムーズになって、バンプ13の損傷や剥がれがさらに抑制される。ただし、分割領域R1において、第1粘着層22と第1の面10Xとは密着していることが望ましい。これにより、薄化工程、マスク形成工程および個片化工程において、バンプ13は現像液等の薬液やプラズマに曝され難くなるため、バンプ13の損傷や劣化が抑制される。
(3)薄化工程
次に、半導体層11の一部を研磨して、半導体層11を薄くする薄化工程(図1A(c))が行われる。半導体層11に回路層12を形成する際、半導体層11にはある程度の厚みが必要とされる一方、個片化工程における処理時間の短縮や、素子チップの小型化等の観点から、個片化工程に供される半導体層11の厚みは小さいことが求められるためである。
薄化工程では、半導体層11の回路層12とは反対側の面(第2の面10Y)が研削されて、基板10は所望の厚みに薄化される。薄化工程の間、バンプ13は保護テープ20によって保護される。研削装置の種類は特に限定されず、例えば、ダイヤモンドホイールを備えるバックグラインダー等が挙げられる。薄化工程の後、第2の面10Yに対してポリッシュ加工を行ってもよい。なお、薄化工程の前後を通して、第1の面10Xとは反対側の面を第2の面10Yと称している。
(4)マスク形成工程
本工程では、素子領域R2を被覆するとともに分割領域R1を露出させるマスク30を形成する(図1A(d))。マスク30は、例えば、第2の面10Yに、スピンコート法によって感光性樹脂層を形成した後、フォトリソグラフィ法によって、分割領域R1に対応する感光性樹脂を除去することにより、形成される。感光性樹脂層は、フィルム状に成形された後、第2の面10Yに貼着されてもよい。また、感光性樹脂に替えて、第2の面10Yにポリイミド樹脂層等の耐熱性の樹脂層を形成した後、レーザスクライビングによりパターニングしてマスク30を形成してもよい。加工性の観点から、マスク30は、第2の面10Yの外縁から3mm内側までの領域を避けて、形成されることが好ましい。
(5)保持工程
本工程では、第1の面10Xがフレーム42で支持された保持テープ41に対向するように、基板10を保持テープ41に貼着し、保持させる(図1A(e))。基板10を保持テープ41に保持させることにより、後の個片化工程およびバンプ露出工程におけるハンドリング性が向上する。このとき、基板10は、第1粘着層22を介して保持テープ41に貼着される。以下、フレーム42およびフレーム42に固定された保持テープ41を、併せて搬送キャリア40と称する場合がある。
(保持テープ)
保持テープ41は特に限定されない。保持テープ41は、例えば、支持体411および第2粘着層412を備える。支持体411の材質は特に限定されず、例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル等の熱可塑性樹脂を含むフィルム(樹脂フィルム)が挙げられる。樹脂フィルムには、伸縮性を付加するためのゴム成分(例えば、エチレン−プロピレンゴム(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)等)、可塑剤、軟化剤、酸化防止剤、導電性材料等の各種添加剤が配合されていても良い。また、上記熱可塑性樹脂は、アクリル基等の光重合反応を示す官能基を有していてもよい。支持体411の厚みは特に限定されず、例えば、50〜300μmであり、好ましくは50〜150μmである。
第2粘着層412は、紫外線(UV)の照射によって粘着力が減少する粘着成分(例えば、UV硬化型アクリル粘着剤)を含むことが好ましい。素子チップ100をピックアップする際、UV照射を行うことにより、素子チップ100が第2粘着層412から容易に剥離されて、ピックアップし易くなるためである。第2粘着層412の厚みは特に限定されないが、粘着性およびコストの観点から、5〜100μmであることが好ましく、5〜15μmであることがより好ましい。
(フレーム)
フレーム42は、図4(a)に示すように、基板10の全体と同じかそれ以上の面積の開口を有した枠体であり、所定の幅および略一定の薄い厚みを有している。フレーム42は、保持テープ41および基板10を保持した状態で搬送できる程度の剛性を有している。保持テープ41は、図4(b)に示すように、第2粘着層412をフレーム42に対向させて、第2粘着層412の外周縁をフレーム42の一方の面に貼着することにより、フレーム42に固定される。フレーム42の開口の形状は特に限定されず、例えば、円形や、矩形、六角形など多角形であってもよい。フレーム42には、位置決めのためのノッチ42aやコーナーカット42bが設けられていてもよい。フレーム42の材質としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属や、樹脂等が挙げられる。
基板10の第1の面10Xは、第2粘着層412のフレーム42の開口から露出した部分に、保護テープ20を介して貼着される。つまり、保護テープ20を剥離せず、基板10を保護テープ20を介して保持テープ41に貼着する。そのため、保護テープ20の剥離に伴うバンプ13への負荷が低減されるとともに、回路層12およびバンプ13の外的要因による損傷や汚染が低減される。さらに、保護テープ20の剥離工程がないため、生産性の向上が期待できる。
個片化工程において、バンプ13の頭頂部131がステージ211に対向するように、基板10をステージ211に載置する場合、バンプ13の損傷が懸念される。しかし、薄化工程におけるバンプ13の損傷を抑制するために用いた保護テープ20(バックグラインドテープ)を剥離せずに、そのまま後の個片化工程において流用することにより、個片化工程におけるバンプ13の損傷が抑制される。そのため、基板10の保持に用いられる保持テープ41には、バンプ13を保護する機能までは求められず、通常、この用途に用いられているダイシングテープを使用することができる。すなわち、第2の面10Yからプラズマを照射して基板10を個片化する本実施形態は、従来、用いられているバックグラインドテープおよびダイシングテープを用いることにより実現できる。よって、コストを抑制しながら、バンプ13の損傷が抑制された素子チップ100が得られる。
保持工程では、基板10を架台(図示せず)に載置してから保持テープ41に保持させることが好ましい。基板10は、第2の面10Yが架台に対向するように、架台に載置され、基板10の第1の面10Xに、保護テープ20を介して、第2粘着層412が貼り付けられる。架台の表面は、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体等)で被覆されていることが好ましい。これにより、架台の表面と基板10の第2の面10Yに形成されたマスク30とが接触する場合であっても、マスク30の剥離が抑制され易くなる。
なお、マスク形成工程および保持工程の順序は問わない。マスク形成工程の後、保持工程が実施されてもよいし、保持工程の後、マスク形成工程が実施されてもよい。マスク形成工程の後、保持工程を実施する場合、マスク形成には、一般的な基板処理用のレジスト塗布装置や露光装置を用いることができる。一方、保持工程の後、マスク形成工程を実施する場合、フレーム42に対応したレジスト塗布装置や露光装置を用いる必要がある。基板10を保持する搬送キャリア40を対象にマスクを形成するためである。しかし、後者の場合、保持工程において、架台表面と第2の面10Yに形成されたマスク30との接触を回避できるため、マスク30の変形が抑制できる点で好ましい。さらに、架台の表面が汚れ難くなるため、架台のメンテナンス頻度が低減する。
(6)載置工程
マスク形成工程および保持工程の後、基板10を、保護テープ20および保持テープ41を介してプラズマ処理装置内に設けられたステージ211に載置する。
以下、図5を参照しながら、プラズマエッチングおよびプラズマダイシング工程に使用されるプラズマ処理装置200を具体的に説明するが、プラズマ処理装置はこれに限定されるものではない。図5は、本実施形態に用いられるプラズマ処理装置200の構造の断面を概略的に示している。
プラズマ処理装置200は、ステージ211を備えている。搬送キャリア40は、保持テープ41の基板10を保持している面が上方を向くように、ステージ211に搭載される。ステージ211の上方には、フレーム42および保持テープ41の少なくとも一部を覆うとともに、基板10の少なくとも一部を露出させるための窓部224Wを有するカバー224が配置されている。
ステージ211およびカバー224は、真空チャンバ203内に配置されている。真空チャンバ203は、上部が開口した概ね円筒状であり、上部開口は蓋体である誘電体部材208により閉鎖されている。真空チャンバ203を構成する材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼(SUS)、表面をアルマイト加工したアルミニウム等が例示できる。誘電体部材208を構成する材料としては、酸化イットリウム(Y23)、窒化アルミニウム(AlN)、アルミナ(Al23)、石英(SiO2)等の誘電体材料が例示できる。誘電体部材208の上方には、上部電極としてのアンテナ209が配置されている。アンテナ209は、第1高周波電源210Aと電気的に接続されている。ステージ211は、真空チャンバ203内の底部側に配置される。
真空チャンバ203には、ガス導入口203aが接続されている。ガス導入口203aには、プロセスガスの供給源であるプロセスガス源212およびアッシングガス源213が、それぞれ配管によって接続されている。また、真空チャンバ203には、排気口203bが設けられており、排気口203bには、真空チャンバ203内のガスを排気して減圧するための真空ポンプを含む減圧機構214が接続されている。
ステージ211は、それぞれ略円形の電極層215と、金属層216と、電極層215および金属層216を支持する基台217と、電極層215、金属層216および基台217を取り囲む外周部218とを備える。外周部218は導電性および耐エッチング性を有する金属により構成されており、電極層215、金属層216および基台217をプラズマから保護する。外周部218の上面には、円環状の外周リング229が配置されている。外周リング229は、外周部218の上面をプラズマから保護する役割をもつ。電極層215および外周リング229は、例えば、上記の誘電体材料により構成される。
電極層215の内部には、静電吸着機構を構成する電極部(以下、ESC電極219と称する)と、第2高周波電源210Bに電気的に接続された高周波電極部220とが配置されている。ESC電極219には、直流電源226が電気的に接続されている。静電吸着機構は、ESC電極219および直流電源226により構成されている。
金属層216は、例えば、表面にアルマイト被覆を形成したアルミニウム等により構成される。金属層216内には、冷媒流路227が形成されている。冷媒流路227は、ステージ211を冷却する。ステージ211が冷却されることにより、ステージ211に搭載された保持テープ41が冷却されるとともに、ステージ211にその一部が接触しているカバー224も冷却される。これにより、基板10、保護テープ20および保持テープ41が、プラズマ処理中に加熱されることによって損傷されることが抑制される。冷媒流路227内の冷媒は、冷媒循環装置225により循環される。
ステージ211の外周付近には、ステージ211を貫通する複数の支持部222が配置されている。支持部222は、昇降機構223Aにより昇降駆動される。搬送キャリア40が真空チャンバ203内に搬送されると、所定の位置まで上昇した支持部222に受け渡される。支持部222は、搬送キャリア40のフレーム42を支持する。支持部222の上端面がステージ211と同じレベル以下にまで降下することにより、搬送キャリア40は、ステージ211の所定の位置に搭載される。
カバー224の端部には、複数の昇降ロッド221が連結しており、カバー224を昇降可能にしている。昇降ロッド221は、昇降機構223Bにより昇降駆動される。昇降機構223Bによるカバー224の昇降の動作は、昇降機構223Aとは独立して行うことができる。
制御装置228は、第1高周波電源210A、第2高周波電源210B、プロセスガス源212、アッシングガス源213、減圧機構214、冷媒循環装置225、昇降機構223A、昇降機構223Bおよび静電吸着機構を含むプラズマ処理装置200を構成する要素の動作を制御する。
載置工程に際して、まず、搬送キャリア40に保持された基板10を真空チャンバ203内に搬入する。真空チャンバ203内では、昇降ロッド221の駆動により、カバー224が所定の位置まで上昇している。図示しないゲートバルブが開いて搬送キャリア40が搬入される。複数の支持部222は、上昇した状態で待機している。搬送キャリア40がステージ211上方の所定の位置に到達すると、支持部222に搬送キャリア40が受け渡される。搬送キャリア40は、保持テープ41の第2粘着層412が上方を向くように、支持部222の上端面に受け渡される。
搬送キャリア40が支持部222に受け渡されると、ゲートバルブが閉じられ、真空チャンバ203は密閉状態に置かれる。次に、支持部222が降下を開始する。支持部222の上端面が、ステージ211と同じレベル以下にまで降下することにより、搬送キャリア40は、ステージ211に載置される。続いて、昇降ロッド221が駆動する。昇降ロッド221は、カバー224を所定の位置にまで降下させる。このとき、カバー224が搬送キャリア40に接触することなくフレーム42を覆うことができるように、カバー224とステージ211との距離は調節されている。これにより、フレーム42および保持テープ41の基板10を保持していない部分は、カバー224と接触することなくカバー224によって覆われ、基板10はカバー224の窓部224Wから露出する。
カバー224は、例えば、略円形の外形輪郭を有したドーナツ形であり、一定の幅および薄い厚みを備えている。カバー224の内径(窓部224Wの直径)はフレーム42の内径よりも小さく、カバー224の外径はフレーム42の外径よりも大きい。したがって、搬送キャリア40をステージ211の所定の位置に搭載し、カバー224を降下させると、カバー224は、フレーム42と保持テープ41の少なくとも一部を覆うことができる。窓部224Wからは、基板10の少なくとも一部が露出する。このとき、カバー224は、フレーム42、保持テープ41および基板10のいずれとも接触しない。カバー224は、例えば、セラミックス(例えば、アルミナ、窒化アルミニウムなど)や石英などの誘電体や、アルミニウムあるいは表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどの金属で構成される。
搬送キャリア40が支持部222に受け渡された後、直流電源226からESC電極219に電圧を印加する。これにより、保持テープ41がステージ211に接触すると同時にステージ211に静電吸着される。なお、ESC電極219への電圧の印加は、保持テープ41がステージ211に載置された後(接触した後)に、開始されてもよい。
(7)個片化工程
載置工程の後、基板10をステージ211に載置した状態で、基板10の分割領域R1を第2の面10Yから第1の面10Xまでプラズマエッチングして、基板10から複数の素子チップ100を形成する(図1A(g))。
このとき、基板10は、バンプ13が配置されていない第2の面10Yをプラズマ源であるアンテナ209に向けて、ステージ211に載置されている。つまり、バンプ13へのプラズマの照射が抑制された状態で、プラズマエッチングが行われる。さらに、バンプ13の少なくとも頭頂部131は、第1粘着層22に埋め込まれて保護されている。そのため、上記の効果が得られる。加えて、半導体層11は薄化されているため、個片化工程における基板10へのプラズマ照射時間が短縮されて、バンプ13のプラズマによる劣化および損傷はさらに抑制される。
プラズマの発生条件は、エッチングされる層(半導体層11および回路層12)の材質などに応じて設定される。本工程では、材質の異なる半導体層11および回路層12がエッチングされるため、各層に応じた条件に切り替えて、プラズマエッチングを行うことが好ましい。例えば、後述するボッシュプロセスにより半導体層11を除去した後、Arを含むプロセスガスを原料とするプラズマにより回路層12を除去してもよい。
ボッシュプロセスでは、半導体層11が深さ方向に垂直にエッチングされる。半導体層11がSiを含む場合、ボッシュプロセスは、保護膜堆積ステップと、保護膜エッチングステップと、Siエッチングステップとを順次繰り返すことにより、半導体層11を深さ方向に掘り進む。
保護膜堆積ステップは、例えば、原料ガスとしてCを150〜250sccmで供給しながら、真空チャンバ203内の圧力を15〜25Paに調整し、第1高周波電源210Aからアンテナ209への投入電力を1500〜2500Wとして、第2高周波電源210Bから高周波電極部220への投入電力を0〜50Wとして、2〜15秒間、処理する条件で行われる。
保護膜エッチングステップは、例えば、原料ガスとしてSFを200〜400sccmで供給しながら、真空チャンバ203内の圧力を5〜15Paに調整し、第1高周波電源210Aからアンテナ209への投入電力を1500〜2500Wとして、第2高周波電源210Bから高周波電極部220への投入電力を300〜1000Wとして、2〜10秒間、処理する条件で行われる。
Siエッチングステップは、例えば、原料ガスとしてSFを200〜400sccmで供給しながら、真空チャンバ203内の圧力を5〜15Paに調整し、第1高周波電源210Aからアンテナ209への投入電力を1500〜2500Wとして、第2高周波電源210Bから高周波電極部220への投入電力を50〜500Wとして、10〜20秒間、処理する条件で行われる。
上記のような条件で、保護膜堆積ステップ、保護膜エッチングステップ、および、Siエッチングステップを繰り返すことにより、Siを含む半導体層11は、10μm/分の速度で深さ方向に垂直にエッチングされ得る。
回路層12が金属材料を含む場合、例えば、原料ガスとしてCFとArの混合ガス(CF:Ar=1:4)を150〜250sccmで供給しながら、真空チャンバ203内の圧力を0.2〜1.5Paに調整し、第1高周波電源210Aからアンテナ209に1500〜2500W、周波数13.56MHzの高周波電力を供給するとともに、第2高周波電源210Bから高周波電極部220に500〜1800W、周波数100kHz以上(例えば、400〜500kHz、あるいは、13.56MHz)の高周波電力を投入する条件により、プラズマエッチングを行う。
基板10が個片化された後、アッシングが実行される。まず、アッシング用のプロセスガス(例えば、酸素ガスや、酸素ガスとフッ素を含むガスとの混合ガス等)を、アッシングガス源213から真空チャンバ203内に導入する。一方、減圧機構214による排気を行い、真空チャンバ203内を所定の圧力に維持する。第1高周波電源210Aからの高周波電力の投入により、真空チャンバ203内には酸素プラズマが発生し、カバー224の窓部224Wから露出している個片化された基板10(素子チップ100)の表面のマスク30が除去される。
アッシングは、例えば、原料ガスとしてCFとOとの混合ガス(CF:O=1:100)を200〜500sccmで供給しながら、真空チャンバ203内の圧力を5〜30Paに調整し、第1高周波電源210Aからアンテナ209への投入電力を1500〜2500Wとして、第2高周波電源210Bから高周波電極部220への投入電力を0〜300Wとする条件により行われる。
アッシングが終了すると、真空チャンバ203内のガスが排出され、ゲートバルブが開く。複数の素子チップ100を保持する搬送キャリア40は、ゲートバルブから進入した搬送機構によって、プラズマ処理装置200から搬出される。搬送キャリア40が搬出されると、ゲートバルブは速やかに閉じられる。搬送キャリア40の搬出プロセスは、上記のような基板10をステージ211に搭載する手順とは逆の手順で行われてもよい。すなわち、カバー224を所定の位置にまで上昇させた後、ESC電極219への印加電圧をゼロにして、搬送キャリア40のステージ211への吸着を解除し、支持部222を上昇させる。支持部222が所定の位置まで上昇した後、搬送キャリア40が搬出される。
(8)バンプ露出工程
個片化工程の後、第1粘着層22を剥離して、バンプ13を再び露出させる。このバンプ露出工程は、素子チップ100のピックアップ工程(図1A(h))の一部であり得る。
素子チップ100のピックアップは、個片化された素子チップ100を、保持テープ41側から保護テープ20とともに突き上げピン60で突き上げることにより行われる。これにより、第1粘着層22は、第1の面10Xから剥離される。これに伴い、素子チップ100の少なくとも一部が浮き上がるとともに、バンプ13が露出して、素子チップ100のピックアップが可能になる。このとき、バンプ13は、保護テープ20および保持テープ41に覆われているため、突き上げピン60による損傷は回避される。また、上記のとおり、本実施形態によれば、プラズマダイシング工程において、分割領域にエッチング残渣が発生しにくい。よって、ピックアップ工程における認識の精度およびピックアップ性が向上するため、生産の歩留まりも向上する。
また、図1Cに示すように、素子チップ100のピックアップは、第1の面10Xから第1粘着層22(保護テープ20)および保持テープ41を剥離するとともに、第2の面10Yにピックアップテープ52を貼着した後、行われてもよい。この場合、回路層12およびバンプ13が上面に向いているため、素子チップ100を認識する精度が向上し、ピックアップミスが低減する。
ピックアップテープ52は、保持テープ41と同様、ハンドリング性の観点から、ピックアップフレーム51に固定されることが好ましい。ピックアップフレーム51は、フレーム42と同様の材質および形状であればよい。ピックアップテープ52の材質は、保持テープ41と同じであってもよい。一方、保持テープ41およびピックアップテープ52は、それぞれの目的に応じた材質により形成してもよい。例えば、保持テープ41にはピックアップに適した柔軟性は要求されないため、結晶性の高い樹脂を含むフィルムを使用することができる。このような樹脂フィルムは、一般的に耐熱性および耐プラズマ性に優れる。つまり、個片化工程において、耐プラズマ性に優れる保持テープ41を使用することができる。そのため、例えば、高周波電極部220に100kHz以上(例えば、400〜500kHz、あるいは、13.56MHz)の高周波電力を投入して、高いバイアス電圧をかけながらプラズマダイシングすることができる。これにより、高速加工が可能となって、生産性が向上する。
本実施形態の製造方法により得られる素子チップ100は、側面の平滑性に優れる。上記のとおり、プラズマダイシング時における、バンプ13を構成していた金属材料の基板10への再付着が抑制されるためである。このような素子チップ100は、抗折強度に優れるとともに、パッケージする際のモールド不良が生じ難い。また、素子チップ100の電気的特性は、劣化し難い。プラズマダイシング時におけるバンプ13のエッチングが防止されるとともに、上記金属材料の基板10への再付着が抑制されるためである。
さらに、バンプ13が銅を含み、プラズマダイシング時に六フッ化硫黄(SF)を含むプロセスガスを用いる場合であっても、得られる素子チップ100は、信頼性に優れる。バンプ13に含まれる銅が硫化され難いためである。同様に、プラズマダイシング時に用いられるプロセスガスやアッシングガスがフッ素や酸素を含む場合であっても、バンプ13の表面のフッ化や酸化は起こり難い。また、プラズマダイシング時に用いられるプロセスガスがCなどのフルオロカーボンを含む場合であっても、バンプ13の表面には炭素を含有する反応生成物が付着し難い。そのため、バンプ13の接触抵抗の上昇や接合強度の低下が抑制され、信頼性の高い素子チップ100が得られる。
(第2実施形態)
本実施形態は、マスク形成工程の後、第1の面10Xから保護テープ20を剥離するとともに、第1の面10Xに保持テープ41を貼着し、バンプ13を保持テープ41の第2粘着層412に埋め込むこと以外、第1実施形態と同様である。図6に、本実施形態の素子チップの製造方法を示す((a)〜(h))。図6(a)〜(d)および(h)は、図1A(a)〜(d)および図1Cにそれぞれ対応している。
本実施形態では、マスク形成工程(図6(d))の後、第1の面10Xから保護テープ20を剥離するとともに、フレーム42で支持された保持テープ41を第1の面10Xに貼着して、保持テープ41の第2粘着層412に、バンプ13の少なくとも頭頂部131を埋め込む(図6(e))。つまり、バンプ埋め込み工程および保持工程が、同時に実施される。これにより、工程が簡略化されて、生産性が向上する。このとき、第2粘着層412は、バンプ13の少なくとも頭頂部131を埋め込むことができる程度の厚みを備える。第2粘着層412は、上記の第1粘着層22と同様の構成を有していることが好ましい。なお、マスク形成工程の前に保護テープ20を剥離してもよい。
載置工程において、基板10は、保持テープ41を介してステージ211に載置される(図6(f))。そのため、基板10が保持テープ41および保護テープ20を介してステージ211に載置される第1実施形態と比較して、基板10は冷却され易い。本実施形態においても、プラズマは第2の面10Y側から照射されるため(図6(g))、バンプ13の劣化および損傷は抑制される。
ピックアップ工程(バンプ露出工程)は、基板10をピックアップテープ52に転写して行ってもよいし(図6(h))、素子チップ100を保持テープ41に保持させた状態で行ってもよい。前者の場合、第1実施形態と比較して素子チップ100を保持する層が薄いため、素子チップ100の突き上げが容易になる。
本発明は、バンプの劣化および損傷が抑制されるため、バンプを備える基板を個片化して、素子チップを製造する方法として有用である。
10:基板
10X:第1の面
10Y:第2の面
11:半導体層
12:回路層
13:バンプ
131:頭頂部
132:基部
133:接触部
20:保護テープ
21:基材
22:第1粘着層
30:マスク
40:搬送キャリア
42:フレーム
42a:ノッチ
42b:コーナーカット
41:保持テープ
411:支持体
412:第2粘着層
51:ピックアップフレーム
52:ピックアップテープ
60:突き上げピン
100:素子チップ
200:プラズマ処理装置
203:真空チャンバ
203a:ガス導入口
203b:排気口
208:誘電体部材
209:アンテナ
210A:第1高周波電源
210B:第2高周波電源
211:ステージ
212:プロセスガス源
213:アッシングガス源
214:減圧機構
215:電極層
216:金属層
217:基台
218:外周部
219:ESC電極
220:高周波電極部
221:昇降ロッド
222:支持部
223A、223B:昇降機構
224:カバー
224W:窓部
225:冷媒循環装置
226:直流電源
227:冷媒流路
228:制御装置
229:外周リング

Claims (7)

  1. 露出したバンプを備える第1の面および前記第1の面の反対側の第2の面を備えるとともに、分割領域で画定される複数の素子領域を備える基板を準備する準備工程と、
    少なくとも前記バンプの頭頂部を、粘着層に埋め込むバンプ埋め込み工程と、
    前記第2の面に、前記素子領域を被覆するとともに前記分割領域を露出させるマスクを形成するマスク形成工程と、
    前記第1の面をフレームで支持された保持テープに対向させて、前記基板を前記保持テープに保持させる保持工程と、
    前記マスク形成工程および前記保持工程の後、前記基板を、前記保持テープを介してプラズマ処理装置内に設けられたステージに載置する載置工程と、
    前記載置工程の後、前記分割領域を前記第2の面から前記第1の面までプラズマエッチングして、前記基板から複数の素子チップを形成する個片化工程と、
    前記個片化工程の後、前記粘着層を剥離して、前記バンプを再び露出させるバンプ露出工程と、
    を備える、素子チップの製造方法。
  2. 前記バンプ埋め込み工程が、前記粘着層を備える保護テープを、前記第1の面に貼着することにより行われ、
    前記保持工程では、前記第1の面を前記保護テープを介して前記保持テープに対向させて、前記基板を前記保持テープに保持させる、請求項1に記載の素子チップの製造方法。
  3. 前記保持テープが前記粘着層を備えており、
    少なくとも前記バンプの前記頭頂部を、前記保持テープの前記粘着層に埋め込むことにより、前記バンプ埋め込み工程とともに前記保持工程を行う、請求項1に記載の素子チップの製造方法。
  4. 前記粘着層の厚みが前記バンプの高さよりも大きい、請求項1〜3のいずれか一項に記載の素子チップの製造方法。
  5. 前記バンプ埋め込み工程において、前記バンプの前記頭頂部の表面とともに、前記頭頂部以外の表面を前記粘着層に接触させる、請求項4に記載の素子チップの製造方法。
  6. 前記バンプ埋め込み工程において、前記バンプの前記頭頂部以外であって、かつ、前記第1の面との接触部以外の表面と、前記粘着層と、前記第1の面とで囲まれた空隙が形成される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の素子チップの製造方法。
  7. 前記基板が、半導体層と、前記半導体層の前記第1の面側に積層され、前記バンプを備える回路層と、を備え、
    前記準備工程において、前記分割領域において前記半導体層が露出した前記基板を準備する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の素子チップの製造方法。
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