JP2020088159A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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山銅 英之
Hideyuki Sando
英之 山銅
匡俊 若原
Masatoshi Wakahara
匡俊 若原
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【課題】コストの低減を図りつつ簡易な構成で分割予定ラインに沿ってプラズマエッチングするウエーハの加工方法を提供すること。【解決手段】ウエーハの裏面を水溶性の液状樹脂で被覆する樹脂被覆ステップST2と、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ウエーハの裏面から照射し、アブレーション加工によって液状樹脂を分割予定ラインに沿って除去するレーザー加工ステップST3と、ウエーハの裏面にプラズマ状態のエッチングガスを供給し、液状樹脂が除去されたウエーハの領域をエッチングしてウエーハを分割するプラズマエッチングステップST4と、ウエーハの裏面に水を供給し、液状樹脂を洗浄して除去する洗浄ステップST6とを備える。【選択図】図2

Description

本発明は、ウエーハの加工方法に関する。
一般に、半導体デバイスが形成されるシリコンやガリウムヒ素、SiC、サファイアなどからなるウエーハを個々のデバイスチップに分割するために、切削ブレードによるダイシングやレーザー光線によるレーザー加工が用いられる。切削ブレードは破砕加工のため、チップのエッジに欠けが発生してチップの抗折強度に限界(上限)が発生する。また、ウエーハ内部にレーザー光線で形成した改質層を破断起点としてデバイスチップに分割した場合でも、僅かながらもチップの側面に形成された亀裂によって、チップの抗折強度に限界(上限)が発生する。
とくに、半導体デバイスチップは技術革新にともない年々小さく薄く加工される。そのため、チップのエッジの欠けや側面の亀裂に起因する抗折強度低下の影響は大きい。そこで、プラズマ加工によってウエーハをダイシングする技術が開発されている(例えば、特許文献1参照)。この種の技術では、ウエーハをプラズマ加工する際に、デバイスがエッチングされることを防ぐため、デバイスの表面をマスクで覆う必要がある。通常、マスクといえばホトレジストや石英ガラス基板に高精度に作る物なので高コストになるが、ウエーハを分割予定ラインに沿って分割するためのマスクであれば、高精度は不要ということで、レーザーアブレーションによるマスクを形成する技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特許第4447325号公報 特許第6188589号公報
しかしながら、分割予定ラインにはTEG(Test Element Group)などの金属構造物が形成されていることもあり、レーザーアブレーションで加工しても僅かに金属が残ってしまい、残った金属がプラズマエッチングを阻害するという課題が残されていた。また、従来のデバイス形成で用いるレジスト層をマスク材にして用いると、アッシングによるレジスト層の除去が必要になり、高コストになるという課題もあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストの低減を図りつつ簡易な構成で分割予定ラインに沿ってプラズマエッチングするウエーハの加工方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域に電極が形成されたウエーハを、分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、環状のフレームの開口を覆うように外周部が装着された粘着テープにウエーハの表面側を貼着するフレーム支持ステップと、該フレーム支持ステップ実施後、ウエーハの裏面を水溶性の液状樹脂で被覆する樹脂被覆ステップと、該樹脂被覆ステップ実施後、該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ウエーハの裏面から照射し、アブレーション加工によって該液状樹脂を該分割予定ラインに沿って除去するレーザー加工ステップと、該レーザー加工ステップ実施後、ウエーハの裏面にプラズマ状態のエッチングガスを供給し、該液状樹脂が除去された該ウエーハの領域をエッチングして該ウエーハを分割するプラズマエッチングステップと、該ウエーハの裏面に水を供給し、該液状樹脂を洗浄して除去する洗浄ステップと、を備えるものである。
この構成において、該プラズマエッチングステップ実施後、プラズマエッチングでウエーハに形成された分割溝に沿ってレーザー光線を照射しウエーハ表面でデバイスを形成する機能層を分割する機能層分割ステップをさらに備えてもよい。また、該ウエーハの裏面には、電極バンプ、金属膜又は配線層が形成されていてもよい。
本発明によれば、ウエーハの裏面に水溶性の液状樹脂で被覆し、分割予定ラインに沿ってアブレーション加工を行なうことで液状樹脂を該分割予定ラインに沿って除去するため、液状樹脂によるエッチングマスクを簡易な構成で作成することができる。また、エッチングマスクは水で洗浄して除去できるため、エッチングマスクの被覆及び洗浄が簡易的にでき、コストを低く抑えることができる。また、液状樹脂により被覆されるウエーハの裏面には、TEGなどの金属構造物が形成されていないため、金属構造物の無い裏面をアブレーション加工して液状樹脂を除去するため、金属構造物の除去残りを防止できる。更に、電極やデバイスが形成されたウエーハの表面側は、粘着テープが貼着されて保護されるため、プラズマエッチングされることもないし、アブレーション加工によるデブリの付着を防止できる。
図1は、本実施形態に係るウエーハの加工方法の加工対象であるウエーハの一例を示す斜視図である。 図2は、ウエーハの加工方法の手順を示すフローチャートである。 図3は、フレーム支持ステップを示す斜視図である。 図4は、樹脂被覆ステップを示す側断面図である。 図5は、レーザー加工ステップを示す側断面図である。 図6は、レーザー加工ステップ後のウエーハを模式的に示す斜視図である。 図7は、レーザー加工ステップ後のウエーハの要部の断面図である。 図8は、プラズマエッチングステップで用いられるエッチング装置の構成を示す断面図である。 図9は、プラズマエッチングステップ後のウエーハの要部の断面図である。 図10は、機能層分割ステップを示すウエーハの要部の断面図である。 図11は、機能層分割ステップ後のウエーハの要部の断面図である。 図12は、洗浄ステップを示す側断面図である。 図13は、本実施形態に係るウエーハの加工方法が適用される別の例のウエーハの要部の断面図である。 図14は、本実施形態に係るウエーハの加工方法が適用される別の例のウエーハの要部の断面図である。 図15は、本実施形態に係るウエーハの加工方法が適用される別の例のウエーハの要部の断面図である。
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。
本実施形態に係るウエーハの加工方法を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係るウエーハの加工方法の加工対象であるウエーハの一例を示す斜視図である。図2は、ウエーハの加工方法の手順を示すフローチャートである。
本実施形態では、ウエーハ1は、シリコン、サファイア、SiC(炭化ケイ素)又はガリウムヒ素などを基板2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1は、図1に示すように、基板2の表面3に機能層4が積層され、かつ機能層4でデバイス5が形成されている。機能層4は、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)により構成されている。
デバイス5は、交差する複数の分割予定ライン6で区画された各領域にそれぞれ形成されたIC、LSI等を含む。デバイス5を構成する回路は、機能層4により形成されて基板2の表面3に形成され、各デバイス5の表面にはそれぞれ電極7が露出して設けられている。また、ウエーハ1は、分割予定ライン6の少なくとも一部において、基板2の表面3側にTEG(Test Element Group)8または金属膜(不図示)が形成されている。TEG8は、デバイス5に発生する設計上や製造上の問題を見つけ出すための評価用の素子である。図1には、デバイス5(分割予定ライン6で区画された領域)に形成された電極7、及び、分割予定ライン6に形成されたTEG8の一例を示したが、デバイス5に形成される電極7及び分割予定ライン6に形成されるTEG8の位置、大きさ、及び数などは適宜変更することが可能である。
本実施形態に係るウエーハの加工方法は、ウエーハ1を分割予定ライン6に沿って個々のデバイス5に分割する方法である。ウエーハの加工方法は、図2に示すように、フレーム支持ステップST1と、樹脂被覆ステップST2と、レーザー加工ステップST3と、プラズマエッチングステップST4と、機能層分割ステップST5と、洗浄ステップST6とを備える。
(フレーム支持ステップ)
図3は、フレーム支持ステップを示す斜視図である。フレーム支持ステップST1は、上記したウエーハ1を、粘着テープ200を介して環状フレーム201に支持させるステップである。本実施形態では、図3に示すように、環状フレーム201はウエーハ1よりも大径な開口201Aを有し、この開口201Aを覆うように粘着テープ200の外周部200Aを環状フレーム201の下面に貼着(装着)する。そして、環状フレーム201の開口201Aに露出する粘着テープ200にウエーハ1の表面3の機能層4側(表面側)を貼着する。このフレーム支持ステップST1では、ウエーハ1は基板2の裏面9側が露出して環状フレーム201に粘着テープ200を介して支持される。
(樹脂被覆ステップ)
図4は、樹脂被覆ステップを示す側断面図である。樹脂被覆ステップST2は、レーザー加工ステップST3を実施する前に、ウエーハ1の裏面9にプラズマエッチングに対して耐性を有する樹脂膜10を被覆するステップである。樹脂被覆ステップST2は、図4に示すように、粘着テープ200を介してウエーハ1の機能層4側をスピンコータ20のスピンナーテーブル21に吸引保持し、環状フレーム201をクランパ22によりクランプする。この状態で、スピンナーテーブル21を軸心回りに回転させつつ塗布ノズル23から液状樹脂24をウエーハ1の裏面9に滴下する。この際、塗布ノズル23はウエーハ1の直径方向に往復移動する。滴下された液状樹脂24は、スピンナーテーブル21の回転により発生する遠心力によって、ウエーハ1の裏面9上を中心側から外周側に向けて流れていき、ウエーハ1の裏面9の全面に塗布される。
液状樹脂24は、例えば、ポリビニルアルコール(polyvinyl alcohol:PVA)又はポリビニルピロリドン(polyvinyl pyrrolidone:PVP)等のプラズマエッチングに対して耐性を有しかつ水溶性の液状樹脂が用いられる。
樹脂被覆ステップST2では、ウエーハ1の裏面9に水溶性の液状樹脂24を塗布した後、液状樹脂24を硬化させることにより、ウエーハ1の裏面9全体に液状樹脂24が硬化して構成されたプラズマエッチング用の樹脂膜10を被覆する。
(レーザー加工ステップ)
図5は、レーザー加工ステップを示す側断面図である。図6は、レーザー加工ステップ後のウエーハを模式的に示す斜視図である。図7は、レーザー加工ステップ後のウエーハの要部の断面図である。レーザー加工ステップST3は、全面に樹脂膜10が形成されたウエーハ1に裏面9側からレーザー光線を分割予定ライン6に沿って照射することで分割予定ライン6に沿った領域の樹脂膜10を除去するステップである。
レーザー加工ステップST3では、図5に示すように、粘着テープ200を介して、ウエーハ1の機能層4側をレーザー加工装置30のチャックテーブル31に吸引保持し、環状フレーム201をクランパ32によりクランプする。この状態で、レーザー加工装置30の図示しない赤外線カメラによりウエーハ1を撮像して、分割予定ライン6の位置を割り出した後、レーザー光線照射手段33とチャックテーブル31とを分割予定ライン6に沿って相対的に移動させながら、レーザー光線照射手段33からレーザー光線33Aを分割予定ライン6に沿って照射する(アブレーション加工)。
レーザー加工ステップST3は、例えば下記の加工条件でアブレーション加工を実施する。レーザー光線33Aの波長は、ウエーハ1と液状樹脂24とに対して吸収性を有する波長が採用される。この加工条件は、一例であり、これに限るものではない。
[加工条件]
レーザー光線 :YAG/YVO4
波長 :355nm
平均出力 :2W
繰り返し周波数 :50kHz
照射スポット径 :φ30μm
チャックテーブルの送り速度:100mm/s
このような加工条件に基づき、アブレーション加工を実施すると、図6に示すように、分割予定ライン6に相当する領域の樹脂膜10が除去されて加工溝(分割溝)11が形成される。これにより、ウエーハ1の裏面9には樹脂膜10からエッチングマスクが形成される。この加工溝11は、図7に示すように、樹脂膜10及び基板2の裏面9の表層部分を除去して該基板2を露出させている。
(プラズマエッチングステップ)
図8は、プラズマエッチングステップで用いられるエッチング装置の構成を示す断面図である。図9は、プラズマエッチングステップ後のウエーハの要部の断面図である。プラズマエッチングステップST4は、図8に示すエッチング装置40のチャックテーブル44で粘着テープ200側を保持したウエーハ1を裏面9側からプラズマエッチングして、加工溝11をウエーハ1の基板2の表面3に向かって進行させ、基板2を分割予定ライン6に沿って分割するステップである。
プラズマエッチングステップST4は、図8に示すエッチング装置40のシャッター41を下降させて開口部42を開口させた状態で、開口部42から環状フレーム201に支持されたウエーハ1をチャンバ43の内部に進入し、裏面9が図7中の上を向いて露出した状態でチャックテーブル44に静電吸着される。この状態で、シャッター41により開口部42を閉め、ガス排出部45の作動によりチャンバ43の内部を減圧排気する。
次に、エッチングガス供給手段46を下降させ、ガス供給部47からガス流通孔48にエッチングガスとしてフッ素系安定ガスを供給し、エッチングガス供給手段46の下面の噴出部49からエッチングガスを噴出させる。そして、高周波電源50からエッチングガス供給手段46とチャックテーブル44との間に高周波電圧を印加してエッチングガスをプラズマ化させる。また、ウエーハ1にバイアス電圧を印加して、プラズマ中のイオンをウエーハ1の裏面9に引き込んで加工溝11の溝底をエッチングする。これにより、図9に示すように、加工溝11の溝底が裏面9から表面3に向けてウエーハ1厚み分だけエッチングされて、該加工溝11が機能層4に到達している。ウエーハ1は、基板2が加工溝11により分割され、加工溝11内に機能層4が露出して残っている。
本実施形態では、エッチングガスとして、六フッ化硫黄(SF6)または四フッ化炭素(CF4)のフッ素系安定ガスが用いられる。ただし、これ以外にも、六フッ化エタン(C2F6)、テトラフルオロエチレン(C2F4)、トリフルオロメタン(CHF3)等のうち少なくとも一つのフッ素系安定ガスを用いてもよい。
(機能層分割ステップ)
図10は、機能層分割ステップを示すウエーハの要部の断面図である。図11は、機能層分割ステップ後のウエーハの要部の断面図である。機能層分割ステップST5は、プラズマエッチングステップST4を実施した後、基板2を分割した加工溝11の溝底に残った機能層4に、上記したレーザー加工装置30が機能層4に対して吸収性を有する波長のレーザー光線33Aを照射し、機能層4を加工溝11に沿って除去するステップである。
機能層分割ステップST5では、レーザー加工装置30が、チャックテーブル31(図5)に粘着テープ200を介してウエーハ1の機能層4側を保持し、図10に示すように、レーザー光線照射手段33とチャックテーブルとを分割予定ライン6に沿って相対的に移動させながらレーザー光線照射手段33から機能層4に対して吸収性を有する波長のレーザー光線33Aを加工溝11の溝底に露出した機能層4に照射する。機能層分割ステップST5では、各分割予定ライン6において、加工溝11の溝底で露出した機能層4にアブレーション加工を施して、図11に示すように、加工溝11の溝底で露出した機能層4を分割する機能層分割部12を形成し、ウエーハ1を個々のデバイス5に分割する。なお、機能層分割ステップST5では、分割予定ライン6に形成された上記したTEG8(図1)も分割される。すべての分割予定ライン6において加工溝11の溝底で露出した機能層4が分割されると、洗浄ステップST6に進む。
(洗浄ステップ)
図12は、洗浄ステップを示す側断面図である。洗浄ステップST6は、液状樹脂24からなる樹脂膜10を洗浄して除去するステップである。洗浄ステップST6は、粘着テープ200を介してウエーハ1(各デバイス5)の裏面を図12に示す洗浄装置60のスピンナーテーブル61に吸引保持し、環状フレーム201をクランパ62によりクランプする。この状態で、スピンナーテーブル61を軸心回りに回転させつつ洗浄ノズル63から洗浄水64をウエーハ1の裏面9に向けて供給する。この際、洗浄ノズル63はウエーハ1の直径方向に往復移動する。供給された洗浄水64は、スピンナーテーブル61の回転により発生する遠心力によって、各デバイス5の裏面上を中心側から外周側に向けて流れていき、各デバイス5の裏面を覆った樹脂膜10を溶解し、裏面が露出した状態のデバイス5(チップ)が残存する。なお、洗浄水64としては、例えば純水を用いることができる。最後に、残存したデバイス5(チップ)をピックアップして終了する。
本実施形態に係るウエーハの加工方法は、ウエーハ1の裏面9を水溶性の液状樹脂による樹脂膜10で被覆する樹脂被覆ステップST2と、ウエーハ1に対して吸収性を有する波長のレーザー光線33Aをウエーハ1の裏面9側から照射し、アブレーション加工によって樹脂膜10を分割予定ライン6に沿って除去するレーザー加工ステップST3とを備えるため、樹脂膜10によるエッチングマスクを簡易な構成で作成することができる。また、樹脂膜10は、洗浄ステップST6により水で洗浄して除去できるため、樹脂膜10は、被覆及び洗浄が簡易的にでき、加工コストを低く抑えることができる。
また、ウエーハの加工方法は、ウエーハ1の裏面9を水溶性の液状樹脂による樹脂膜10で被覆する。この裏面9には、TEG8などの金属構造物が形成されていない。このため、TEG8の無い裏面9をアブレーション加工して樹脂膜10を分割予定ライン6に沿って除去するため、TEG8の除去残りを防止できる。更に、電極7やデバイス5が形成されたウエーハ1の基板2の表面3側には、粘着テープ200が貼着されて保護されるため、デバイス5が直接プラズマエッチングされることもないし、電極7やデバイス5にアブレーション加工によるデブリが付着することを防止できる。
また、ウエーハの加工方法は、プラズマエッチングステップST3でウエーハ1に形成された加工溝11に沿ってレーザー光線33Aを照射しウエーハ1の基板2の表面3でデバイス5を形成する機能層4を分割する機能層分割ステップST5を備えるため、低誘電率絶縁体被膜(Low−k膜)等の機能層4を基板から剥離させることなく、機能層2が積層されたウエーハ1を個々のデバイス5に分割することができる。
また、ウエーハの加工方法は、プラズマエッチングステップST3において、基板2を分割予定ライン6に沿って分割するために、個々に分割されたデバイス5の側面がプラズマエッチングによって除去された面である。このために、ウエーハの加工方法は、切削加工による欠けが個々に分割されたデバイス5の側面に残らず、抗折強度が高いデバイス5を製造できる、という効果も奏する。
上記した実施形態では、ウエーハの加工方法が適用されるウエーハ1は上記した構成に限るものではない。例えば、図13に示すように、基板2の裏面9全面に金属膜101が形成されたウエーハ100を上記した加工手順で分割することができる。この場合、レーザー加工ステップST3において、裏面9側からレーザー光線を分割予定ライン6に沿って照射することで分割予定ライン6に沿った領域の樹脂膜10と金属膜101とを除去する。このレーザー加工ステップST3により、分割予定ライン6に沿った領域で基板2の裏面9が露出するため、プラズマエッチングステップST4、機能層分割ステップST5により個々のデバイス5に分割することができる。また、金属膜101は、樹脂膜10によって保護されるため、アブレーション加工によるデブリが金属膜101に付着することを防止できる。
また、図14に示すように、デバイス5に対応する領域で基板2を貫通する貫通電極111と、基板2の裏面9側で貫通電極111に接続される電極バンプ112とを備えたTSV(through-silicon via)ウエーハ110を上記した加工手順で分割することもできる。TSVウエーハ110の電極バンプ112は、図14に示すように、デバイス5に対応する領域に形成されており、分割予定ライン6に沿った領域には形成されていない。このため、上記した加工手順によって、TSVウエーハ110を個々のデバイス5に分割することができる。また、電極バンプ112は、樹脂膜10によって保護されるため、アブレーション加工によるデブリが電極バンプ112に付着することを防止できる。
また、図15に示すように、デバイス5に対応する領域で基板2を貫通する貫通電極121と、基板2の裏面9側で貫通電極121に接続される再配線層(配線層)122とを備えたインターポーザー基板(ウエーハ)120を上記した加工手順で分割することもできる。インターポーザー基板120の再配線層122も、図15に示すように、デバイス5に対応する領域に形成されており、分割予定ライン6に沿った領域には形成されていない。このため、上記した加工手順によって、インターポーザー基板120を個々のデバイス5に分割することができる。また、再配線層122は、樹脂膜10によって保護されるため、アブレーション加工によるデブリが再配線層122に付着することを防止できる。
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。例えば、上記実施形態では、基板2の表面3側に機能層4を備えた構成としたが、機能層4を備えないウエーハに適用することも可能である。この場合には、プラズマエッチングステップST4の後、機能層分割ステップST5が実施されずに洗浄ステップST6に移行する。
1 ウエーハ
2 基板
4 機能層
5 デバイス
6 分割予定ライン
7 電極
8 TEG
9 裏面
10 樹脂膜
11 加工溝
12 機能層分割部
20 スピンコータ
24 液状樹脂
30 レーザー加工装置
33A レーザー光線
40 エッチング装置
60 洗浄装置
63 洗浄ノズル
64 洗浄水
100 ウエーハ
101 金属膜
110 TSVウエーハ(ウエーハ)
112 電極バンプ
120 インターポーザー基板(ウエーハ)
122 再配線層(配線層)
200 粘着テープ
201 環状フレーム

Claims (3)

  1. 表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域に電極が形成されたウエーハを、分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、
    環状のフレームの開口を覆うように外周部が装着された粘着テープにウエーハの表面側を貼着するフレーム支持ステップと、
    該フレーム支持ステップ実施後、ウエーハの裏面を水溶性の液状樹脂で被覆する樹脂被覆ステップと、
    該樹脂被覆ステップ実施後、該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ウエーハの裏面から照射し、アブレーション加工によって該液状樹脂を該分割予定ラインに沿って除去するレーザー加工ステップと、
    該レーザー加工ステップ実施後、ウエーハの裏面にプラズマ状態のエッチングガスを供給し、該液状樹脂が除去された該ウエーハの領域をエッチングして該ウエーハを分割するプラズマエッチングステップと、
    該ウエーハの裏面に水を供給し、該液状樹脂を洗浄して除去する洗浄ステップと、
    を備えるウエーハの加工方法。
  2. 該プラズマエッチングステップ実施後、プラズマエッチングでウエーハに形成された分割溝に沿ってレーザー光線を照射しウエーハ表面でデバイスを形成する機能層を分割する機能層分割ステップをさらに備える請求項1に記載のウエーハの加工方法。
  3. 該ウエーハの裏面には、電極バンプ、金属膜又は配線層が形成されている請求項1または2に記載のウエーハの加工方法。
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