JP2018036568A - ウエーハ加工用フォトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトマスクを安価で容易に製造できるウエーハ加工用フォトマスクの製造方法を提供すること。【解決手段】ウエーハ加工用フォトマスクの製造方法は、加工すべきウエーハ以上の大きさを有し光を透過する透光板と、加工すべきウエーハと同等以上の大きさを有し光を遮断する遮光板と、を準備する準備工程ＳＴ１と、光を透過すべき領域の遮光板の表面側に裏面には至らない深さの凹部を形成する凹部形成工程ＳＴ２と、凹部が形成された遮光板の表面と透光板とを陽極接合することにより一体化する一体化工程ＳＴ３と、一体化工程ＳＴ３を実施した後、透光板側を保持し遮光板の裏面側を研削して、凹部を裏面側に露出させる研削工程ＳＴ４と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、ウエーハをプラズマエッチングによりデバイスに分割する際に用いられるウエーハ加工用フォトマスクの製造方法に関する。

ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-Scale Integration）等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて表面に形成された半導体ウエーハは、裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、ダイシング装置、レーザー加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

しかし、ダイシング装置によるダイシング時には、高速回転する切削ブレードがウエーハの分割予定ラインに切り込むため、切削ブレードの破砕力に起因してデバイスに欠けが生じ、デバイスの抗折強度を低下させるという問題がある。

また、切削ブレードによるダイシングは、切削ブレードを各分割予定ラインに精密に位置合わせした上で、各分割予定ラインを一本一本切削していく必要があり、非効率的である。特に、デバイスのサイズが小さく切削する分割予定ラインの数が多い場合は、全ての分割予定ラインを切削するのに相当の時間を有し、生産性が低下するという問題がある。

そこで、デバイスの抗折強度を向上させるため、或いは生産性を向上させるために、ウエーハの分割予定ラインをプラズマエッチングして個々のデバイスに分割する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、プラズマエッチングの際に用いられるマスクの製造方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−１１４８２５号公報 特開昭６２−２２９１５１号公報

しかし、特許文献１に開示されているように、分割予定ラインをプラズマエッチングしてウエーハを個々のデバイスに分割するには、フォトマスクが必要であり、従来のフォトマスクは高額でコスト高になるという問題がある。

従来のフォトマスクの製造方法は、特許文献２に開示されているように、ガラス板の表面にクロム等の遮光膜を被覆する工程、遮光膜の上面にフォトレジスト膜を被覆する工程、フォトレジスト膜に対して遮光したい領域と透光したい領域に選択的に光又は電子ビームを照射してパターンを描画する工程、フォトレジスト膜を現像してフォトレジスト膜を部分的に除去する工程、エッチングによって遮光膜を部分的に除去する工程を含んでおり、製造工程が複雑でフォトマスクが高額になるという問題がある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フォトマスクを安価で容易に製造できるウエーハ加工用フォトマスクの製造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、本発明のウエーハ加工用フォトマスクの製造方法は、ウエーハ加工用フォトマスクの製造方法であって、加工すべきウエーハ以上の大きさを有し光を透過する透光板と、加工すべきウエーハと同等以上の大きさを有し光を遮断する遮光板と、を準備する準備工程と、光を透過すべき領域の該遮光板の表面側に裏面には至らない深さの凹部を形成する凹部形成工程と、該凹部が形成された該遮光板の表面と該透光板とを陽極接合することにより一体化する一体化工程と、該一体化工程を実施した後、該透光板側を保持し該遮光板の裏面側を研削して、該凹部を裏面側に露出させる研削工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、凹部が形成された遮光板と透光板とを接着剤を用いることなく接合できるので、接合に関連する工程を省くことができ簡易にフォトマスクを製造することができ、フォトマスクを安価で容易に製造できる、という効果を奏する。

図１は、実施形態１に係るウエーハ加工用フォトマスクの加工対象のウエーハを示す斜視図である。 図２は、実施形態１に係るウエーハ加工用フォトマスクを示す斜視図である。 図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図４は、実施形態１に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の流れを示すフローチャートである。 図５は、図４に示されたウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の準備工程を示す断面図である。 図６は、図４に示されたウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の凹部形成工程を示す断面図である。 図７は、図４に示されたウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の凹部形成工程の遮光板の平面図である。 図８は、図４に示されたウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の一体化工程を示す断面図である。 図９は、図４に示されたウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の研削工程の断面図である。 図１０は、図３に示されたウエーハ加工用フォトマスクを用いたウエーハの保護膜の形成方法のレジスト塗布工程を示す断面図である。 図１１は、図３に示されたウエーハ加工用フォトマスクを用いたウエーハの保護膜の形成方法の露光工程を示す断面図である。 図１２は、図３に示されたウエーハ加工用フォトマスクを用いて保護膜が形成されたウエーハの断面図である。 図１３は、実施形態２に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法により製造されたウエーハ加工用フォトマスクの断面図である。 図１４は、実施形態２に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の凹部形成工程を示す断面図である。

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１〕
実施形態１に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法を図面を参照して説明する。図１は、実施形態１に係るウエーハ加工用フォトマスクの加工対象のウエーハを示す斜視図である。図２は、実施形態１に係るウエーハ加工用フォトマスクを示す斜視図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

実施形態１に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法は、図１に示すウエーハＷを加工する際に用いられる図２及び図３にウエーハ加工用フォトマスク１を製造する方法である。図１に示すウエーハＷは、実施形態１ではシリコン、サファイア、ガリウムヒ素などを基板Ｓとする円板状の半導体ウエーハや光ウエーハである。ウエーハＷは、図１に示すように、表面ＷＳの交差（実施形態１では、直交）する複数の分割予定ラインＬによって区画された基板Ｓ上の各領域にそれぞれデバイスＤが形成されている。実施形態１に係るウエーハＷは、分割予定ラインＬの幅が数十μｍ程度以下で、かつその表面ＷＳに一辺０．１ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下の大きさの矩形状デバイスＤを含み、プラズマエッチングによりデバイスＤに分割されるのが好適なものである。また、実施形態１に係るウエーハＷの厚さは、３０μｍ以上で且つ３００μｍ以下である。また、実施形態１において、ウエーハＷのデバイスＤは、平面形状が四角形に形成され、大きさが互いに等しいが、本発明はこれに限らず、ウエーハＷの表面ＷＳに種々の大きさのデバイスＤが形成されても良く、平面形状が四角形以外の異形状のデバイスＤでも良い。

ウエーハ加工用フォトマスク１は、ウエーハＷにプラズマエッチングを施して、プラズマエッチングによりウエーハＷを個々のデバイスＤに分割する加工に用いられる保護膜Ｐ（図１２に示す）をウエーハＷ上に形成するものである。保護膜Ｐは、レジストＲ（図１０及び図１１に示す）により構成される。

ウエーハ加工用フォトマスク１は、図２及び図３に示すように、透光板２と、透光板２に重ねられて固定された遮光板３とを備える。透光板２は、レジストＲを露光する際にレジストＲに照射される光を透過するものである。透光板２は、加工すべきウエーハＷ以上の大きさを有している。実施形態１において、透光板２は、ウエーハＷと同じ大きさの円盤状に形成されている。また、実施形態１において、透光板２は、石英ガラスにより構成され、厚さが７００μｍに形成されている。

遮光板３は、保護膜Ｐを構成するレジストＲを露光する際にレジストＲに照射される光を遮断するものである。遮光板３は、加工すべきウエーハＷと同等以上の大きさを有している。実施形態１において、遮光板３は、ウエーハＷと同じ大きさの円盤状に形成されている。また、実施形態１において、遮光板３は、円板状のシリコンであり、厚さが７７５μｍである。

また、遮光板３は、ウエーハＷのデバイスＤに対応する各領域にレジストＲを露光する際にレジストＲに照射される光を透過する光透過部３ａを設けている。実施形態１において、光透過部３ａは、レジストＲが塗布されたウエーハＷにウエーハ加工用フォトマスク１が重ねられた際に、デバイスＤと重なる位置に設けられている。実施形態１において、光透過部３ａは、デバイスＤと同じ平面形状でかつ同じ大きさに形成されている。光透過部３ａは、遮光板３を貫通した孔である。また、本発明では、透光板２と遮光板３との熱膨張係数が極力近いのが望ましく、透光板２と遮光板３との熱膨張係数の差が、石英ガラスの熱膨張係数とシリコンの熱膨張係数との差以下であるのが望ましい。

次に、実施形態１に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法を図面を参照して説明する。図４は、実施形態１に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の流れを示すフローチャートである。図５は、図４に示されたウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の準備工程を示す断面図である。図６は、図４に示されたウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の凹部形成工程を示す断面図である。図７は、図４に示されたウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の凹部形成工程の遮光板の平面図である。図８は、図４に示されたウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の一体化工程を示す断面図である。図９は、図４に示されたウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の研削工程の断面図である。

実施形態１に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法（以下、単に製造方法と記す）は、図２に示すウエーハ加工用フォトマスク１（以下、単にフォトマスクと記す）を製造する方法である。

製造方法は、図４に示すように、準備工程ＳＴ１と、凹部形成工程ＳＴ２と、一体化工程ＳＴ３と、研削工程ＳＴ４とを備える。

準備工程ＳＴ１は、図５に示すように、透光板２と、光透過部３ａが形成されていない遮光板３とを準備する工程である。

凹部形成工程ＳＴ２は、光を透過すべき領域の遮光板３の表面３ｂ側に表面３ｂの裏側の裏面３ｃには至らない深さの凹部３ｄを形成する工程である。実施形態１において、凹部形成工程ＳＴ２は、遮光板３の裏面３ｃをレーザ加工機１００のチャックテーブル１０１に吸引保持し、フォトマスク１がウエーハＷに重ねられる際に、遮光板３の光を透過すべき領域であるデバイスＤに重なる図７に示す領域ＲＤにレーザ照射ユニット１０２から遮光板３が吸収性を有する波長のレーザー光ＬＲを照射して、遮光板３にアブレーション加工を施す。実施形態１において、凹部形成工程ＳＴ２は、レーザ加工機１００のチャックテーブル１０１とレーザ照射ユニット１０２とを加工送り方向Ｘと割り出し送り方向Ｙとに沿って相対的に移動させて、各デバイスＤに重なる領域ＲＤに、図７に示すように、レーザー光ＬＲを照射する。実施形態１において、凹部形成工程ＳＴ２は、遮光板３に波長が３５５ｎｍのレーザー光ＬＲを照射して、アブレーション加工を施し、デバイスＤに重なる領域ＲＤに凹部３ｄを形成する。

一体化工程ＳＴ３は、凹部３ｄが形成された遮光板３の表面３ｂと透光板２とを陽極接合することにより一体化する工程である。実施形態１において、一体化工程ＳＴ３は、３００℃から４００℃程度まで昇温した状態で、遮光板３の表面３ｂと透光板２の表面２ａとを密に重ね、図８に示すように、遮光板３を陽極、透光板２を陰極にして、遮光板３と透光板２との間に例えば５００Ｖ〜１０００Ｖの直流電圧を直流電源２００から印加する。すると、透光板２内のＮａ（ナトリウム）イオンが透光板２内を直流電源２００側に移動する。透光板２と遮光板３との接合面では、遮光板３の表面３ｂにプラスの電荷が集まった層が形成され、透光板２の表面２ａにＮａ（ナトリウム）イオンが欠乏したＳｉＯ−の空間電荷層が形成されて、表面３ｂ，２ａ間にクーロン力が働き、接合面で共有結合が生じて、遮光板３の表面３ｂと透光板２の表面２ａとが接合される。なお、図８は、Ｎａ（ナトリウム）イオンの電極への付着を防止するために、遮光板３の裏面３ｃと透光板２の表面２ａの裏側の裏面２ｂとをカーボンシート２０１により覆っている。

研削工程ＳＴ４は、一体化工程ＳＴ３を実施した後、透光板２側を保持し、遮光板３の裏面３ｃ側を研削して、凹部３ｄを裏面３ｃ側に露出させる工程である。研削工程ＳＴ４は、透光板２側を研削装置３００のチャックテーブル３０１に吸引保持し、遮光板３の裏面３ｃに研削砥石３０２を押し当てて、チャックテーブル３０１と研削砥石３０２とを軸心回りに回転して、凹部３ｄが裏面３ｃに露出するまで、研削砥石３０２で遮光板３の裏面３ｃを研削する。凹部３ｄが裏面３ｃに露出すると、凹部３ｄが遮光板３を貫通して、フォトマスク１の遮光板３に光透過部３ａが形成される。研削工程ＳＴ４は、研削砥石３０２による研削後、算術表面粗さＲａが１０ｎｍになるまで、裏面３ｃに研磨又はＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を施す。こうして、フォトマスク１が得られる。

次に、実施形態１に係る製造方法により製造されたフォトマスク１を用いたウエーハＷの保護膜Ｐの形成方法を図面を参照して説明する。図１０は、図３に示されたウエーハ加工用フォトマスクを用いたウエーハの保護膜の形成方法のレジスト塗布工程を示す断面図である。図１１は、図３に示されたウエーハ加工用フォトマスクを用いたウエーハの保護膜の形成方法の露光工程を示す断面図である。図１２は、図３に示されたウエーハ加工用フォトマスクを用いて保護膜が形成されたウエーハの断面図である。

実施形態１に係る製造方法により製造されたフォトマスク１を用いたウエーハＷの保護膜Ｐの形成方法は、図１０に示すレジスト塗布工程と、図１１に示す露光工程とを備える。レジスト塗布工程は、ウエーハＷの表面ＷＳの裏側の裏面ＷＲをスピンナ４０１に保持し、スピンナ４０１によりウエーハＷを軸心回りに回転させながらウエーハＷの表面ＷＳにレジストＲを供給して、図１０に示すように、ウエーハＷの表面ＷＳにレジストＲを薄膜状に塗布する。実施形態１のレジストＲは、露光された部分がウエーハＷの表面ＷＳに残る所謂ネガ型のレジストである。

露光工程は、ウエーハＷの表面ＷＳに遮光板３が対向し、かつデバイスＤに光透過部３ａが対向した状態で、ウエーハＷとフォトマスク１とを位置決めする。露光工程は、フォトマスク１越しにウエーハＷに塗布されたレジストＲに光を照射し、露光する。すると、光透過部３ａがデバイスＤと対向しているので、光がレジストＲのデバイスＤに重なる部分のみに照射される。レジストＲが現像されると、図１２に示すように、デバイスＤ上のみにレジストＲにより構成された保護膜Ｐが残ることとなる。図１２に示すように、デバイスＤが保護膜Ｐにより被覆されたウエーハＷは、プラズマエッチングにより分割予定ラインＬの基板Ｓが切断されて、個々のデバイスＤに分割される。

実施形態１に係る製造方法は、凹部３ｄが形成された遮光板３と透光板２とを接着剤を用いることなく陽極接合により接合できるので、接合に関連する工程を省くことができ簡易にフォトマスク１を製造することができ、フォトマスク１を安価で容易に製造できる、という効果を奏する。また、実施形態１に係る製造方法は、レーザー光ＬＲを遮光板３に照射して光透過部３ａを構成する凹部３ｄを形成するので、種々の大きさのデバイスＤが形成されたウエーハＷの加工にも用いることができるフォトマスク１を容易に製造することができる。

また、実施形態１に係る製造方法は、接着剤を用いることなく遮光板３と透光板２とを接合するので、接着剤を用いて接合する場合に比べ、遮光板３と透光板２とを接合する接着剤がレジストＲに悪影響を与えることがなく、高精度なレジストＲの露光、即ち高精度に保護膜Ｐとなるパターニングされたマスクを形成することができる。

また、実施形態１に係る製造方法により製造されたフォトマスク１は、光透過部３ａを構成する凹部３ｄが遮光板３にレーザー光ＬＲが照射されて構成されているので、凹部３ｄをウエーハＷのデバイスＤに対応した形状、即ちデバイスＤと同等の形状に形成することができる。このために、フォトマスク１は、ウエーハＷにレジストＲを形成する際に、露光された部分がウエーハＷの表面ＷＳから除去されるポジ型のレジストよりも安価なネガ型のレジストＲを用いて、デバイスＤ上に保護膜Ｐを形成することができるので、ウエーハＷの加工及びデバイスＤの製造に係るコストを低減することができる。

また、実施形態１に係る製造方法は、レーザー光ＬＲを遮光板３に照射して光透過部３ａを構成する凹部３ｄを形成するので、一端から他端まで連続した一直線とならない分割予定ラインＬが設定されたウエーハＷの分割に用いることができるフォトマスク１を容易に製造することができる。なお、一端から他端まで連続した一直線とならない分割予定ラインＬが形成されたウエーハＷには、平面形状が四角形でかつ大きさが異なるデバイスＤが形成されたもの、分割予定ラインＬが一直線とならないように大きさが等しいデバイスＤが配置形成されたもの、平面形状が四角形以外の異形状（例えば、六角形、円形等）を有するデバイスＤが形成されたものである。

〔実施形態２〕
実施形態２に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法を図面を参照して説明する。図１３は、実施形態２に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法により製造されたウエーハ加工用フォトマスクの断面図である。図１４は、実施形態２に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の凹部形成工程を示す断面図である。なお、図１３及び図１４は、実施形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

図１３に示すウエーハ加工用フォトマスク１−２（以下、単にフォトマスクと記す）は、光透過部３ａが分割予定ラインＬに対応する領域、即ち、光透過部３ａがレジストＲの露光時に分割予定ラインＬと対向する位置に形成されている。図１３に示すフォトマスク１−２は、レジストＲの露光時に分割予定ラインＬ上のレジストＲを露光して、デバイスＤ上に保護膜Ｐを形成するためのものである。即ち、図１３に示すフォトマスク１−２は、露光された部分が除去されるポジ型のレジストＲを用いてデバイスＤ上に保護膜Ｐを形成するためのものである。

実施形態２に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法は、凹部形成工程ＳＴ２のみが異なり他の工程は、実施形態１と同じである。実施形態２に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法の凹部形成工程ＳＴ２は、図１４に示すように、遮光板３の裏面３ｃを切削装置５００のチャックテーブル５０１に吸引保持し、フォトマスク１がウエーハＷに重ねられる際に、遮光板３の表面３ｂの光を透過すべき領域である分割予定ラインＬに重なる領域ＲＬに切削ブレード５０２を裏面３ｃに至らない深さまで切り込ませて、遮光板３に切削加工を施す。実施形態２において、凹部形成工程ＳＴ２は、切削装置５００のチャックテーブル５０１と切削ブレード５０２とを加工送り方向Ｘと割り出し送り方向Ｙと切り込み送り方向Ｚとに沿って相対的に移動させて、各分割予定ラインＬに重なる領域ＲＬに、図１４に示すように、凹部３ｄを形成する。

実施形態２に係るウエーハ加工用フォトマスクの製造方法は、凹部３ｄが形成された遮光板３と透光板２とを接着剤を用いることなく陽極接合により接合できるので、接合に関連する工程を省くことができ簡易にフォトマスク１−２を製造することができ、フォトマスク１−２を安価で容易に製造できる、という効果を奏する。

なお、本発明は、上記実施形態及び変形例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。

１，１−２ ウエーハ加工用フォトマスク
２ 透光板
３ 遮光板
３ｂ 表面
３ｃ 裏面
３ｄ 凹部
Ｗ ウエーハ
ＳＴ１ 準備工程
ＳＴ２ 凹部形成工程
ＳＴ３ 一体化工程
ＳＴ４ 研削工程

Claims (1)

1. ウエーハ加工用フォトマスクの製造方法であって、
   加工すべきウエーハ以上の大きさを有し光を透過する透光板と、加工すべきウエーハと同等以上の大きさを有し光を遮断する遮光板と、を準備する準備工程と、
   光を透過すべき領域の該遮光板の表面側に裏面には至らない深さの凹部を形成する凹部形成工程と、
   該凹部が形成された該遮光板の表面と該透光板とを陽極接合することにより一体化する一体化工程と、
   該一体化工程を実施した後、該透光板側を保持し該遮光板の裏面側を研削して、該凹部を裏面側に露出させる研削工程と、を備えたウエーハ加工用フォトマスクの製造方法。

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