JP4447325B2 - 半導体ウェーハの分割方法 - Google Patents

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Description

【技術分野】
この発明は、化学的エッチング処理により半導体ウェーハを分割して個々のチップとする半導体ウェーハの分割方法に関する。
【背景技術】
第10図に示す半導体ウェーハWは、テープTを介してフレームFと一体となっている。半導体ウェーハWの表面には、一定の間隔を置いてストリートSが格子状に配列されており、ストリートSによって区画された多数の矩形領域には回路が形成されている。そして、ストリートSを回転ブレードを用いて切削することにより、個々の半導体チップとなる。
ところが、回転ブレードによる切削においては、半導体チップの外周に細かな欠けやストレスが生じることがあるため、その欠けやストレスが原因となって抗折強度が低下し、外力またはヒートサイクルによって半導体チップが破損しやすくなり、寿命が短くなるという問題がある。特に例えば厚さが50μm以下の半導体チップにおいては、上記の欠けやストレスは致命的な問題となる。
そこで、回転ブレードを用いずに、化学的なエッチング処理によって半導体ウェーハを分割する方法が検討されている。その方法とは、まず回路が形成された半導体ウェーハWの表面にホトレジスト膜を形成し、ストリートの上部のみをホトマスクを用いて露光し、露光により変質したホトレジスト膜を除去してから、エッチングによりストリートを浸食して個々のペレットに分割するという方法である。
しかしながら、上記の方法においてストリートの上部に被覆したホトレジスト膜のみを露光するためには、半導体ウェーハWの大きさ及びストリート間隔に個別に対応したホトマスクを複数種類用意しなけばならないため、不経済であると共に管理が煩雑になるという問題がある。
また、半導体ウェーハWの表面に形成されたストリートSとそれに対応してホトマスクに形成された対応部分との精密な位置合わせをして露光を行う露光装置と、露光によって変質したホトレジスト膜を除去するための除去装置とが必要であるため、設備投資が増大するという問題もある。更に、半導体ウェーハWのストリートSにエッチング処理では除去できない材質でアライメントマーク等のパターンが形成されている場合は、実質的に半導体ウェーハWを分割することができないという問題もある。
このような問題を解決するために、例えば日本特開2001−127011号公報に開示されている発明のように、ストリートの上部を被覆しているレジスト膜を回転ブレード等を用いて機械的に除去してから化学的にエッチングして個々の半導体チップに分割する方法も提案されている。
しかし、このような方法による場合は、ストリート上部のレジスト膜を除去する際に半導体ウェーハにも回転ブレードが切り込む等して半導体チップに欠け等が生じ、抗折強度が低下することがある。特に、シリコンウェーハの上に極薄の層間絶縁膜(低誘電率絶縁膜)が複数積層された多層構造の半導体ウェーハの場合には、回転ブレードの切り込み量が少しでも大きくなると、絶縁膜に回転ブレードが切り込み、絶縁膜が雲母のように剥がれ落ちるおそれがある。
そこで本発明は、化学的エッチング処理により半導体ウェーハを分割する場合において、経済的な方法で欠けやストレス、剥がれのない高品質なチップを形成することを目的としている。
【発明の開示】
本発明は、ストリートによって区画された多数の領域に回路が形成された半導体ウェーハを個々の回路ごとの半導体チップに分割する半導体ウェーハの分割方法であって、少なくとも半導体ウェーハの回路面をマスキング部材でマスキングするマスキング工程と、ストリートの上部を被覆しているマスキング部材をレーザー光線の照射により除去するマスキング部材除去工程と、ストリートの上部を被覆しているマスキング部材が除去された半導体ウェーハに化学的エッチングを施しストリートを浸食して個々の半導体チップに分割する化学的エッチング処理工程とから少なくとも構成され、マスキング部材除去工程においては、レーザー光線によるマスキング部材の除去に先立ち、ストリートの上部のマスキング部材に切削溝を形成してマスキング部材の切り残し部の厚さを均一とし、その後、切削溝の底部にレーザー光線を照射してマスキング部材を除去する半導体ウェーハの分割方法であり、半導体ウェーハは、半導体基板上に多層配線が形成された半導体ウェーハであり、ストリート上には、層間絶縁膜が積層されていること、ストリート上に化学的エッチングによって除去できない被覆層が形成されている場合は、マスキング部材除去工程においてレーザー光線をストリートに照射して被覆層を除去すること、化学的エッチング工程における化学的エッチング処理は、フッ素系ガスによるドライエッチング処理であること、半導体ウェーハの厚さが50μm以下であることを付加的要件とする。
上記のように構成される半導体ウェーハの分割方法においては、半導体ウェーハの回路面をマスキング部材で被覆し、ストリート上のマスキング部材をレーザー光線により除去してからストリートを化学的にエッチングすることにより個々の半導体チップに分割するため、ホトマスク、露光装置等を用いずに、欠け等のない抗折強度の高い半導体チップを形成することができる。
また、極薄の層間絶縁膜が複数積層された多層構造の半導体ウェーハを分割する場合には、レーザー光線を用いることにより切削のような衝撃力が層間絶縁膜に加わらないため、層間絶縁膜が雲母のように剥がれ落ちるおそれがない。
更に、ストリート上のマスキング部材を除去する際に、予め切削により切削溝を形成してから切り残し部を形成し、その後レーザー光線により切り残し部を除去するようにすれば、切り残し部の厚さを均一にすることができるため、レーザー光線の走査速度、電圧を変化させることなく一定の値のままで照射することができる。
【図面の簡単な説明】
第1A図は、マスキング工程の終了直後の半導体ウェーハWの状態を示す説明図であり、第1B図はマスキング部材除去工程の終了直後の半導体ウェーハWの状態を示す説明図であり、第1C図は化学的エッチング処理工程の終了直後の半導体ウェーハWの状態を示す説明図であり、第2図は、マスキング工程に用いるスピンコータの一例を示す斜視図であり、第3図は、マスキング部材除去工程に用いるレーザー加工装置の一例を示す斜視図であり、第4図は、化学的エッチング処理工程に用いるドライエッチング装置の一例を示す斜視図であり、第5図は、同ドライエッチング装置の搬出入チャンバー及び処理チャンバーを示す断面図であり、第6図は、同ドライエッチング装置の処理チャンバー及びガス供給部の構成を示す説明図であり、第7A図は、マスキング工程の終了直後の半導体ウェーハWの状態を示す説明図であり、第7B図は、マスキング部材除去工程における切削溝形成直後の半導体ウェーハWの状態を示す説明図であり、第7C図は、マスキング部材除去工程の終了直後の半導体ウェーハWの状態を示す説明図であり、第7D図は、化学的エッチング処理工程の終了直後の半導体ウェーハWの状態を示す説明図であり、第8図は、マスキング部材除去工程における切削溝の形成に用いる切削装置の一例を示す斜視図であり、第9図は、同切削装置を構成する切削手段の基準位置を設定する様子を示す説明図であり、第10図は、保持テープを介してフレームと一体となった半導体ウェーハを示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
まず、本発明を実施するための最良の形態の第一の例について、第1A図〜第6図を参照して説明する。第1A図、第1B図、第1C図は、本発明に係る半導体ウェーハの分割方法を工程順に示したもので、第1A図はマスキング工程、第1B図はマスキング部材除去工程、第1C図は化学的エッチング処理工程の終了直後の半導体ウェーハWの状態を示している。
マスキング工程においては、例えば第2図に示すスピンコータ10を用いて半導体ウェーハWの表面にマスキング部材を形成する。スピンコータ10においては、半導体ウェーハWが保持される保持テーブル11は駆動部12に駆動されて回転可能となっており、リング状のフレームFの開口部を塞ぐように裏側から貼着されたテープTの粘着面に半導体ウェーハWの裏面が貼着されることによりテープTを介してフレームFと一体となった半導体ウェーハWが、回路面を上にして保持テーブル11に保持される。
そして、保持テーブル11を高速回転させながら滴下部13からレジストポリマー14を半導体ウェーハWの回路面に滴下することにより、第1A図に示したように、回路面の一面にマスキング部材15がマスキングされる(マスキング工程)。ここで、後の工程を効率よく遂行するために、マスキング部材15の厚さは薄く、例えば10〜50μm以下とするのが望ましい。
なお、マスキング部材15は、上記のようにスピンコートにより形成されるレジスト膜には限られず、半導体ウェーハWに貼着されるタイプのテープ等であってもよい。
次にマスキング部材除去工程において、マスキング工程でマスキングしたマスキング部材15のうち、半導体ウェーハWの回路面に形成されたストリートの上部を被覆している部分のみを除去する。
マスキング部材除去工程においては、例えば第3図に示すレーザー加工装置20を用いる。このレーザー加工装置20においては、テープTを介してフレームFと一体となり表面にマスキング部材15が被覆された複数の半導体ウェーハWがカセット21に収容される。
そして、フレームFと一体となり表面にマスキング部材15が被覆された半導体ウェーハWが1枚ずつ搬出入手段22によって仮置き領域23に取り出され、搬送手段24に吸着されてチャックテーブル25に搬送され、保持される。
次に、チャックテーブル25が+X方向に移動することによって、半導体ウェーハWがまずアライメント手段26の直下に位置付けられ、ここでストリートが検出され、そのストリートとレーザー照射手段27を構成する照射部28とのY軸方向の位置合わせがなされる(アライメントされる)。なお、マスキング部材15が半透明である場合は、赤外線を用いてアライメントを行うことにより、マスキング部材15を透過してストリートを検出することができる。
このようにして位置合わせがなされると、更にチャックテーブル25が+X方向に移動することによって、検出されたストリートの上部のマスキング部材15に照射部28からレーザー光線が照射され、照射された部分のマスキング部材15が除去される。
そして、レーザー照射手段27をストリート間隔ずつY軸方向に送り出しながらチャックテーブル25をX 軸方向に往復移動させると、同方向のすべてのストリートの上部のマスキング部材が除去される。
更に、チャックテーブル25を90度回転させてから上記同様にレーザー光線の照射を行うと、第1B図に示したように、回路面に一面にマスキングされたマスキング部材15のうち、ストリートSの上部のマスキング部材15のみが除去される(マスキング部材除去工程)。
このようにしてレーザー光線を用いてストリート上部のマスキング部材を除去することにより、従来の露光による方法では必要であった専用のホトマスク、露光装置、除去装置が不要となって経済的であると共に、工程を効率良く遂行することができる。
すべての半導体ウェーハについてマスキング部材除去工程が終了すると、カセット21ごと次の化学的エッチング工程に搬送される。化学的エッチング工程においては、例えば第4図に示すドライエッチング装置30を使用する。
第4図に示すドライエッチング装置30は、レーザー加工装置20から搬送されてきたカセット21からの半導体ウェーハWの搬出及び化学的エッチング工程終了後の半導体ウェーハW のカセット21への搬入を行う搬出入手段31と、搬出入手段31によって搬出入される半導体ウェーハWが収容される搬出入チャンバー32と、ドライエッチングを行う処理チャンバー33と、エッチングガスを処理チャンバー33内に供給するガス供給部34とから概ね構成される。
マスキング部材除去工程が終了した半導体ウェーハWは、搬出入手段31によってカセット21から搬出される。そして、搬出入チャンバー32に備えた第一のゲート35が開き、第5図に示す搬出入チャンバー32内に位置付けられた保持部36に半導体ウェーハWが載置される。
第5図に示すように、搬出入チャンバー32と処理チャンバー33とは第二のゲート37によって遮断されているが、第二のゲート37を開いたときは、保持部36が搬出入チャンバー32の内部と処理チャンバー33の内部との間を移動可能となっている。
第6図に示すように、処理チャンバー33には、高周波電源及び同調機38に接続されプラズマを発生する一対の高周波電極39が上下方向に対峙して配設されており、本実施の形態においては片方の高周波電極39が保持部36を兼ねた構成となっている。また保持部36には、保持された半導体ウェーハを冷却する冷却部40を設けている。
一方、ガス供給部34には、エッチングガスを蓄えたタンク41と、タンク41に蓄えられたエッチングガスを処理チャンバー33に供給するポンプ42とを備えると共に、冷却部40に冷却水を供給する冷却水循環器43、保持部36に吸引力を供給する吸引ポンプ44、処理チャンバー33内のエッチングガスを吸引する吸引ポンプ45、吸引ポンプ45が吸引したエッチングガスを中和して排出部47に排出するフィルター46を備えている。
マスキング部材除去工程が終了した半導体ウェーハWをドライエッチングする際は、搬出入チャンバー32に設けた第一のゲート35を開け、搬出入手段31が半導体ウェーハWを保持して第5図における矢印の方向に移動することにより、搬出入チャンバー32内に位置付けられた保持部36に半導体ウェーハWが、表面を上にして載置される。そして、第一のゲート35を閉じ、搬出入チャンバー32内を真空にする。
次に、第二のゲート37を開いて保持部36が処理チャンバー33内に移動することにより、半導体ウェーハW が処理チャンバー33内に収容される。処理チャンバー33内には、ポンプ42によってエッチングガス、例えば希薄なフッ素系ガスを供給すると共に、高周波電源及び同調器38から高周波電極39に高周波電圧を供給することにより、半導体ウェーハWの表面をプラズマによりドライエッチングする。このとき、冷却部40には冷却水循環器43によって冷却水が供給される。
このようにしてドライエッチングが行われると、半導体ウェーハWの表面のうち、ストリートの上部に被覆されていたマスキング部材は、マスキング部材除去工程において除去されているが、その他の部分はマスキング部材で覆われているため、ストリートのみがエッチング処理により浸食され、第1C図に示すように、個々の半導体チップCに分割される(化学的エッチング処理工程)。
エッチングの終了後は、処理チャンバー33に供給したエッチングガスを吸引ポンプ45によって吸引し、フィルター46において中和して排出部47から外部に排出する。そして、処理チャンバー33内を真空にして第二のゲート37を開き、エッチング済みの半導体ウェーハWを保持した保持部36が搬出入チャンバー32に移動し、第二のゲート37を閉じる。
半導体ウェーハWが搬出入チャンバー32に移動すると、第一のゲート35を開き、搬出入手段31が半導体ウェーハWを保持して搬出入チャンバー32から搬出し、カセット21に収容する。
以上のような工程をすべての半導体ウェーハについて遂行することにより、化学的エッチング処理により分割されたすべての半導体ウェーハがカセット21に収容される。なお、個々の半導体チップCの表面にマスキングされているマスキング部材は、適宜の溶剤を用いて取り除く必要がある。
このようにして形成された個々の半導体チップCは、回転ブレードを用いて切削により分割されたものではないため、欠けやストレスがない高品質なものとなる。特に、厚さが50μm以下のような薄い半導体ウェーハの場合は、切削して分割する方法によると欠けやストレスが生じやすいので、本発明を利用すると特に効果的である。
また、半導体ウェーハWが、半導体基板の上に極薄の層間絶縁膜が複数積層された多層構造の半導体ウェーハである場合には、レーザー光線を用いることにより、切削時のような衝撃力が層間絶縁膜に加わることがないため、層間絶縁膜が雲母のように剥がれ落ちるおそれもない。
また、ドライエッチング処理は、半導体ウェーハの厚さが厚くなるほど時間がかかることになるが、厚さが50μm 以下のような薄い半導体ウェーハであれば、ドライエッチング処理にそれほどの時間を要さないため、生産性を確保することができ、この点においても本発明は有用である。
なお、エッチング処理では除去できないパターン等の被覆層がストリートに形成されている場合には、マスキング部材除去工程においてレーザー光線をその被覆層に照射すれば、その被覆層を除去することができるため、そのようなパターンが形成された半導体ウェーハもエッチングによって分割することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態の第二の例について、第7A図〜第9図を参照して説明する。第7A図はマスキング工程の終了直後の半導体ウェーハWの状態、第7B図はマスキング部材除去工程の途中の半導体ウェーハWの状態、第7C図はマスキング部材除去工程の終了直後の半導体ウェーハWの状態、第7D図は化学的エッチング処理工程の終了直後の半導体ウェーハWの状態を示している。
マスキング工程においては、第2図に示した方法と同様の方法によって半導体ウェーハWの表面にマスキング部材15を形成する。
マスキング部材除去工程においては、まず第8図に示す切削装置50を用いて、第7図(B)に示すように、ストリート上部のマスキング部材15に切削溝15aを形成する。
この切削装置50においては、テープTを介してフレームFと一体となり表面にマスキング部材15がマスキングされた複数の半導体ウェーハWがカセット51に収容される。
そして、フレームFと一体となり表面にマスキング部材15がマスキングされた半導体ウェーハWが1枚ずつ搬出入手段52によって仮置き領域53に取り出され、搬送手段54に吸着されてチャックテーブル55に搬送され、保持される。
次に、チャックテーブル55が+X方向に移動することによって、半導体ウェーハWがまずアライメント手段56の直下に位置付けられ、ここでストリートが検出され、そのストリートと切削手段57を構成する回転ブレード58とのY軸方向の位置合わせがなされる(アライメントされる)。なお、マスキング部材15が半透明である場合は、赤外線によるアライメントにより、マスキング部材15を透過してストリートを検出することができる。
このようにして位置合わせがなされると、更にチャックテーブル55が+X方向に移動すると共に、回転ブレード58が高速回転しながら切削手段57が下降し、検出されたストリートの上部のマスキング部材15に高速回転する回転ブレード58が切り込む。
このとき、回転ブレード58による切り込み量を高精度に制御することにより、ストリート上部のマスキング部材15がすべて除去されないようにして切削溝15aを形成する。即ち、第7B図に示したように、切り残し部15bが形成されるように切削を行う。
ここで、回転ブレード58による切り込み量を高精度に制御するためには、予め切削手段57の基準位置を設定しておく必要がある。そこで、第9図に示すように、スピンドル59に回転ブレード58が装着されフランジ60a、60b及びナット61によって固定された構成の切削手段57を徐々に下降させていき、回転ブレード58とチャックテーブル55の周囲の金属部55aとが接触したときの導通を検出部62において検出し、そのときの切削手段57の位置をZ軸方向の基準位置とする。
金属部55aの表面とチャックテーブル55の表面とは同一平面上にあり、半導体ウェーハWの裏面はチャックテーブル55に隙間無く吸着されるため、上記基準位置を基準として回転ブレード58のZ軸方向の位置をすべての切削溝15aの形成時に同様に制御すれば、切り残し部15bの厚さはすべて高精度に均一となる。
上記のようにして行う切削を、チャックテーブル55をX軸方向に往復移動させると共に切削手段57をストリート間隔ずつY軸方向に送り出しながら行うと、同方向のすべてのストリートの上部に切削溝15aが形成されると共に、切り残し部15bが形成される。
更に、チャックテーブル55を90度回転させてから上記と同様に切削を行うと、すべてのストリートの上部のマスキング部材15に切削溝15aが形成されると共に、切り残し部15bが形成される(マスキング部材除去工程)。
次に、第3図に示した方法と同様の方法によって切削溝15aの底部、即ち切り残し部15bにレーザー光線を照射すると、第7C図に示したように、切り残し部15bが除去される(マスキング部材除去工程)。
このように最初に切削溝15aを形成して切り残し部15bを形成しておくと、仮にマスキング部材15の表面が平滑でなかったとしても、切り残し部15bの厚さは高精度に均一であるため、レーザー光線の走査速度、電圧を変化させることなく効率良く円滑にマスキング部材15を除去することができる。
次に、第4図〜第6図に示したドライエッチング装置30を用いて半導体ウェーハWのストリートをエッチングすることにより、第7D図に示すように、個々の半導体チップCに分割される。
なお、以上の説明においては、化学的エッチング処理工程をドライエッチングにより行うこととしたが、ドライエッチングに限らず、フッ酸系のエッチング液に半導体ウェーハを浸漬するウェットエッチングにより行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明に係る半導体ウェーハの分割方法は、半導体ウェーハの回路面をマスキング部材でマスキングし、ストリート上のマスキング部材をレーザー光線により除去してからストリートを化学的にエッチングすることにより個々の半導体チップに分割するため、欠け等がなく抗折強度の高い高品質の半導体チップの製造に有用である。特に、極薄の層間絶縁膜が複数積層された多層構造の半導体ウェーハを分割する場合には、レーザー光線を用いることにより切削のような衝撃力が層間絶縁膜に加わることがなく、絶縁膜が雲母のように剥がれ落ちるおそれがないため、特に有用となる。

Claims (5)

  1. ストリートによって区画された多数の領域に回路が形成された半導体ウェーハを個々の回路ごとの半導体チップに分割する半導体ウェーハの分割方法であって、少なくとも該半導体ウェーハの回路面をマスキング部材でマスキングするマスキング工程と、該ストリートの上部を被覆しているマスキング部材をレーザー光線の照射により除去するマスキング部材除去工程と、該ストリートの上部を被覆しているマスキング部材が除去された半導体ウェーハに化学的エッチングを施し該ストリートを浸食して個々の半導体チップに分割する化学的エッチング処理工程とから少なくとも構成され、マスキング部材除去工程においては、レーザー光線によるマスキング部材の除去に先立ち、ストリートの上部のマスキング部材に切削溝を形成して該マスキング部材の切り残し部の厚さを均一とし、その後、該切削溝の底部にレーザー光線を照射してマスキング部材を除去する半導体ウェーハの分割方法。
  2. 半導体ウェーハは、半導体基板上に多層配線が形成された半導体ウェーハであり、ストリート上には、層間絶縁膜が積層されている請求の範囲第1項に記載の半導体ウェーハの分割方法。
  3. ストリート上に化学的エッチングによって除去できない被覆層が形成されている場合は、マスキング部材除去工程においてレーザー光線を該ストリートに照射して該被覆層を除去する請求の範囲第1項に記載の半導体ウェーハの分割方法。
  4. 化学的エッチング工程における化学的エッチング処理は、フッ素系ガスによるドライエッチング処理である請求の範囲第1項に記載の半導体ウェーハの分割方法。
  5. 半導体ウェーハの厚さが50μm以下である請求の範囲第1項に記載の半導体ウェーハの分割方法。
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