JP4554419B2 - ウェーハの分割方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマエッチングによりウェーハを個々のデバイスに分割する方法に関するものである。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが分離予定ラインによって区画されて複数形成されたウェーハは、切削装置に備えた切削ブレードを用いて分離予定ラインを切削することにより個々のデバイスに分割され、各種電子機器に利用されている。

近年は、各種電子機器の軽量化、小型化等のために、ウェーハの厚さを１００μｍ以下、５０μｍ以下というように極めて薄くすることが求められているが、切削によるダイシングでは、デバイスの切断面にチッピング等のダメージが生じて抗折強度が低下するという問題がある。そこで、プラズマエッチングによってウェーハの分離予定ラインを分離させ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） 。

特開２００３−２５７８９６号公報

しかし、エッチングを分離予定ラインの裏面側から進行させていく場合は、表面側における分離溝の溝幅を所望の値とするのは困難であり、表面側に形成されたデバイスが損傷するおそれがある。

また、分離溝の表面側における所望の溝幅とほぼ同様の幅だけ裏面側が露出するようにマスキングをしてエッチングを行うと、相当の処理時間を要し、生産性が低いという問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、裏面側からのプラズマエッチングによりウェーハの分離予定ラインに分離溝を形成して個々のデバイスに分割する場合において、比較的短時間で、表面側において所望の溝幅を有する分離溝を形成することである。

本発明は、分離予定ラインによって区画されて表面に複数のデバイスが形成されたウェーハの裏面のうち該デバイスに相当する部分にマスキングを施して該分離予定ラインに対応する分離対応領域を露出させるレジスト膜被覆工程と、プラズマエッチングによって該裏面側から該分離予定ラインをエッチングして分離溝を形成し、個々のデバイスに分割するエッチング工程とから少なくとも構成されるウェーハの分割方法であって、該レジスト膜被覆工程では、該表面側における分離溝の許容最大幅をＷ_１とし、該分離対応領域の幅をＷ_２とし、該ウェーハの厚みをＴとした場合、（Ｗ_１≦Ｗ_２≦１０Ｗ_１）及び（０．１Ｔ≦Ｗ_２）の関係を有すると共に、該マスキングの厚みをｔとした場合に、０．０５Ｔ≦ｔ≦２Ｗ _２ の関係を成立させ該マスキングの厚さが該エッチング工程によって完全に除去されない厚さであると共にエッチングガスの進入を阻害しない厚さを有するようにマスキングを施して該分離対応領域を露出させ、該エッチング工程では、該分離対応領域から該分離予定ラインをエッチングし、該表面において該分離対応領域の幅より狭く、該ウェーハの表面に形成された複数のデバイスを損傷させない溝幅を有する分離溝を形成することを特徴とする。

本発明では、レジスト膜被覆工程において、ウェーハの厚みと表面側における分離溝の最大許容幅とから求められる幅を有する分離対応領域が形成されるようにマスキングを施し、エッチング工程において、その分離対応領域からプラズマエッチングを行うことにより、分離溝のウェーハ表面における幅を所望の値の範囲に形成することができるため、デバイスを損傷させることがない。また、分離溝のウェーハ表面における幅を、裏面側の幅より狭く形成することができるため、比較的短時間で分離溝を形成することができる。

また、レジスト膜被覆工程では、上記求められた分離対応領域の幅とウェーハの厚みとから求められる厚みを有するレジスト膜を被覆することにより、レジスト膜は、エッチングガスの進入を阻害しない程度の厚みとなり、かつ、エッチング工程においてウェーハと共にレジスト膜がエッチングされてもレジスト膜を残存させることができる。

図１に示すウェーハ１の表面１０には、縦横に設けられた分離予定ライン１０ａによって区画されて複数のデバイス１０ｂが形成されている。このウェーハ１の分離予定ライン１０ａをプラズマエッチングによって分離させて個々のデバイス１０ｂに分割する方法について以下に説明する。

最初に、図１に示すように、ウェーハ１の表面１０に、デバイス保護のための保護部材
２を接着剤によって貼着する。保護部材２は、例えばガラス、セラミックス等により構成
される。

次に、例えば図２に示すように、スピンコータ等を用いて裏面１１に液状樹脂３を塗布
して固化させ、レジスト膜を被覆する。図３に示すように、レジスト膜４は、表面側のデ
バイスＤに相当する部分に被覆し、分離予定ライン１０ａに対応する部分は露出させて分
離対応領域１１ａを形成する。レジスト膜４としては、例えばポリイミド樹脂、エポキシ
樹脂、アクリル樹脂等を使用することができる。

図２に示したように、スピンコータ等を用いて裏面１１の全面に液状樹脂３を塗布した場合は、その後、赤外線カメラを用いて分離予定ライン１０ａを裏面１１側から認識し、その認識した部分を露光させる。そして、露光した部分を現像すると、図３に示すように、裏面１１のうち分離予定ライン１０ａに対応する分離対応領域１１ａが形成される。また、赤外線カメラを用いて分離予定ライン１０ａを裏面１１側から認識した後に、その認識した部分を切削することによっても分離対応領域１１ａを露出することができる。更には、赤外線カメラを用いて分離予定ライン１０ａを裏面側から認識した後に、インクジェットのように、レジスト材料をその認識した部分を避けて噴出することによっても、分離対応領域１１ａが露出した状態でレジスト膜４を被覆することができる（レジスト膜被覆工程）。

ここで、図４に示すように、エッチングによって形成される分離溝の最大許容幅を、分離予定ライン１０ａの幅Ｗ_１［μｍ］とすると、表面１０側に形成されたデバイス１０ｂが損傷するのを避けるために、後のプラズマエッチングによって形成される分離溝は、その表面１０ａ側における溝幅がＷ_１以下でなければならない。一方、プラズマエッチングによって後に形成される分離溝の裏面１１側における溝幅は、分離対応領域１１ａの幅Ｗ_２と等しくなる。

こうして分離対応領域１１ａが形成された状態でレジスト膜４がウェーハ１の裏面１１に被覆されると、次に、ウェーハ１の裏面１１側からプラズマエッチングを行い、分離対応領域１１ａからエッチングを行って分離させる。プラズマエッチングには、例えば図５に示すプラズマエッチング装置５を用いることができる。

このプラズマエッチング装置５は、ガス供給部５１とエッチング処理部５２とを備えている。ガス供給部５１には、エッチング用のガス蓄えられる。一方、エッチング処理部５２においては裏面１１にレジスト膜４が被覆され分離対応領域１１ａが形成されると共に表面１０に保護部材２が貼着されたウェーハ１を収容し、ガス供給部５１から供給されるフッ素系安定ガスをプラズマ化してウェーハ１をエッチングする。

エッチング処理部５２は、プラズマエッチングが行われるチャンバ５３の上部側からエッチングガス供給手段５４を収容すると共に、ウェーハ１を保持するチャックテーブル５５を下部側から収容した構成となっている。

エッチングガス供給手段５４は、チャックテーブル５５に保持されたウェーハ１に対してエッチングガスを供給する機能を有し、軸部５４ａがチャンバ５３に対して軸受け５６を介して昇降自在に挿通しており、内部にはガス供給部５１に連通すると共にポーラス部材で形成された噴出部５７ａに連通するガス流通孔５７が形成されている。エッチングガス供給手段５４は、モータ５８に駆動されてボールネジ５９が回動し、ボールネジ５９に螺合したナットを有する昇降部６０が昇降するのに伴い昇降する構成となっている。

一方、チャックテーブル５５は、軸部５５ａが軸受け６１を介して回動可能に挿通しており、内部には吸引源６２に連通する吸引路６３及び冷却部６４に連通する冷却路６５が形成されており、吸引路６３は上面の吸引部６３ａに連通している。

チャンバ５３の側部にはエッチングする板状物の搬出入口となる開口部６６が形成されており、開口部６６の外側には昇降により開口部６６を開閉するシャッター６７が配設されている。このシャッター６７は、シリンダ６８に駆動されて昇降するピストン６９によって昇降する。

チャンバ５３の下部にはガス排出部７０に連通する排気口７１が形成されており、排気口７１から使用済みのガスを排出することができる。また、エッチングガス供給手段５４及びチャックテーブル５５には高周波電源７２が接続され、高周波電圧を供給し、エッチングガスをプラズマ化することができる。

次に、図５に示したプラズマエッチング装置５ を用いて、ウェーハ１の分離予定ライン１０ａのエッチングを行う際の動作について説明する。裏面１１にレジスト膜４が被覆され分離対応領域１１ａが形成されると共に表面１０に保護部材２ が貼着されたウェーハ１は、シャッター６７を下降させて開口部６６を開口させた状態で、開口部６６からチャンバ５３の内部に進入し、レジスト膜４が被覆された裏面１１側が上を向いた状態で吸引部６３ａに保持される。そして、シャッター６７を元の位置に戻して開口部６６を閉め、内部を減圧排気する。

次に、エッチングガス供給手段５４を下降させ、その状態でガス供給部５１からガス流通孔５７に、例えば、圧力８０［ Ｐａ］にて、ＳＦ_６ガスを７６ｍｌ／分、Ｈｅガスを１５ｍｌ／分、Ｏ_２ガスを２７ｍｌ／分の割合で３分ほど供給する。そうすると、エッチングガス供給手段５４の下面の噴出部５７ａからこれらのガスが噴出し、更に高周波電源７２からエッチングガス供給手段５４とチャックテーブル５５との間に例えば２０００［Ｗ］の高周波電圧を印加すると、エッチングガスがプラズマ化し、分離対応領域１１ａに供給される。そして、プラズマのエッチング効果により、ウェーハ１の分離予定ライン１０ａが裏面１０から表面１１にかけてエッチングされると、図６に示すように、すべての分離予定ライン１０ａが垂直方向に貫通して分離溝１２が形成され、図７に示す個々のデバイス１０ｂに分割される。分離溝１２は、エッチングが進行するにつれて徐々に幅が狭くなっている。なお、使用するガスは、ＳＦ_６ガスを７６ｍｌ／分、ＣＨＦ_３ガスを１５ｍｌ／分、Ｏ_２ガスを２７ｍｌ／分としてもよいし、ＳＦ_６ガスを７６ｍｌ／分、Ｎ_２ガスを１５ｍｌ／分、Ｏ_２ガスを２７ｍｌ／分としてもよい。

図６における厚みＴが５０［μｍ］、分離溝の最大許容幅が１５［μｍ］のシリコンウェーハの裏面に、１０［μｍ］の厚みを有するレジスト膜４を被覆し、そのレジスト膜に幅が２０［μｍ］の開口部を形成した後に、プラズマエッチングを行った。この開口部の幅は分離対応領域Ｗ_２の幅である。

そして、プラズマエッチング装置５において、下記の条件にてプラズマエッチング工程
を遂行した。
（１）ガス：ＳＦ_６（７６ｍｌ／分）＋Ｈｅ（１５ｍｌ／分）＋Ｏ_２（２７ｍｌ／分） （２）圧力：８０［Ｐａ］
（３）出力：２０００［Ｗ］
（４）ガス供給時間： ３［分］

上記条件でエッチングを遂行したところ、実際に形成された分離溝の表面側の幅（Ｗ _１）は、７．９［μｍ］となった。デバイスを損傷させないようにするために、分離溝の表面側における溝幅は、分離予定ライン１０ａの幅（分離溝の最大許容幅）である１５［μｍ］より小さくなければならないが、Ｗ_１は１５［μｍ］より小さいため、デバイスを損傷させることなく分離させることができたことを意味する。

そして、下記の関係式１及び関係式２の関係が成立する場合に、形成される分離溝の表面１０ａ側における溝幅がＷ_１以下となることが確認された。

（Ｗ_１≦Ｗ_２≦１０Ｗ_１）・・・・・（ 関係式１）
０．１Ｔ≦Ｗ_２・・・・・（ 関係式２）

上記２つの関係式は、ＳＦ_６などのフッ素系エッチングガス及びその希釈ガスにＨｅ、ＣＨＦ_３、Ｎ_２等を加えること等により、分離溝がテーパ状または等方性に進み、表面１０側に進行するにつれて分離溝が細くなっていくことを表している。

ウェーハ１の厚みＴ及び分離予定ライン１０ａの幅Ｗ_１は固定値であるから、これらの値を関係式１及び関係式２に代入することによって、分離対応領域１１ａの幅Ｗ_２の値の範囲は求まる。したがって、レジスト膜被覆工程では、Ｗ_２が求めた値の範囲内になるように、分離対応領域１１ａを形成すればよい。

上記の例では、Ｔ＝５０［μｍ］、Ｗ_１＝７．９［μｍ］、Ｗ_２＝２０［μｍ］、ｔ＝１０［μｍ］であるから、この結果を前記関係式１、２に代入すると、関係式１については、
（７．９≦２０≦７９）
となる。また、関係式２については、
５≦２０となり、
いずれの関係も成立する。

以上のようにして求めた分離対応領域１１ａの幅Ｗ_２の条件を満足させるようにレジスト膜被覆工程を遂行することにより、デバイス１０ｂを損傷させずに後のエッチング工程を遂行することができる。

レジスト膜４については、分離予定ライン１０ａがエッチングされる間に全くエッチングされないわけではなく、エッチングレートは低いながらもエッチングされる。レジスト膜４のエッチングレートは、通常、ウェーハのエッチングレートの１／２０程度である。そこで、分離予定ライン１０ａがエッチングされて個々のデバイス１０ｂに分割された時にレジスト膜４がエッチングにより完全に除去されないように、レジスト膜被覆工程においてレジスト膜４を充分な厚みに被覆しておく必要がある。しかし、レジスト膜４が厚すぎるとエッチングガスの進入が阻害されるため、レジスト膜４の厚みをｔ［μｍ］とすると、下記の関係式３が成立する厚さに形成することが好ましい。

０．０５Ｔ≦ｔ≦２Ｗ_２・・・・・（関係式３）

関係式１及び関係式２によって求めた分離対応領域１１ａの幅Ｗ_２の値を関係式３に代入することにより、最適なレジスト膜４の厚みｔを求めることができる。

ウェーハ及び保護部材の一例を示す斜視図である。 ウェーハの裏面にレジスト膜を形成する状態の一例を示す斜視図である。 分離対応領域が形成されたレジスト膜が裏面に被覆されたウェーハを示す斜視図である。 同ウェーハの側面図である。 プラズマエッチング装置の一例を略示的に示す断面図である。 分離溝が形成されたウェーハを示す側面図である。 デバイスを示す斜視図である。

１：ウェーハ
１０：表面
１０ａ：分離予定ライン １０ｂ：デバイス
１１：裏面
１１ａ：分離対応領域
１２：分離溝
Ｔ：ウェーハの厚み
Ｗ_１：分離溝の最大許容幅 Ｗ_２：分離対応領域の幅
２：保護部材
３：液状樹脂
４：レジスト膜
ｔ：レジスト膜の厚み
５：プラズマエッチング装置
５１：ガス供給部 ５２：エッチング処理部 ５３…チャンバ
５４：エッチングガス供給手段 ５５：チャックテーブル ５６：軸受け
５７：ガス流通孔 ５７ａ：噴出部 ５８：モータ ５９：ボールネジ
６０：昇降部 ６１：軸受け ６２：吸引源 ６３：吸引路 ６４：冷却部
６５：冷却路 ６６：開口部 ６７：シャッター ６８：シリンダ ６９：ピストン
７０：ガス排出部 ７１：排気口 ７２：高周波電源

Claims (1)

1. 分離予定ラインによって区画されて表面に複数のデバイスが形成されたウェーハの裏面のうち該デバイスに相当する部分にマスキングを施して該分離予定ラインに対応する分離対応領域を露出させるレジスト膜被覆工程と、
   プラズマエッチングによって該裏面側から該分離予定ラインをエッチングして分離溝を形成し、個々のデバイスに分割するエッチング工程とから少なくとも構成されるウェーハの分割方法であって、
   該レジスト膜被覆工程では、該表面側における分離溝の許容最大幅をＷ_１とし、該分離対応領域の幅をＷ_２とし、該ウェーハの厚みをＴとした場合、
   （Ｗ_１≦Ｗ_２≦１０Ｗ_１）及び（０．１Ｔ≦Ｗ_２）
   の関係を有すると共に、該マスキングの厚みをｔとした場合に、０．０５Ｔ≦ｔ≦２Ｗ _２ の関係を成立させ該マスキングの厚さが該エッチング工程によって完全に除去されない厚さであると共にエッチングガスの進入を阻害しない厚さを有するようにマスキングを施して該分離対応領域を露出させ、
   該エッチング工程では、該分離対応領域から該分離予定ラインをエッチングし、該表面において該分離対応領域の幅より狭く、該ウェーハの表面に形成された複数のデバイスを損傷させない溝幅を有する分離溝を形成するウェーハの分割方法。

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