JP4617080B2

JP4617080B2 - 被エッチング材の仮接着用ワックス

Info

Publication number: JP4617080B2
Application number: JP2003433300A
Authority: JP
Inventors: 洋田中; 宏西田
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005187740A; WO2005063915A1; TW200533728A; TWI292429B

Description

本発明は、エッチングに供する半導体ウエハに保持基板を仮接着するのに適した仮接着用ワックスに関する。

半導体ウエハに貫通エッチング等の加工を施す場合には、レジストを成膜した半導体ウエハに予め保持基板を仮接着したもの（以下、「被エッチング材」とも呼ぶ）が用いられる。これは、下記の理由による。

例えば、プラズマプロセスにより貫通エッチングを行う場合には、通常、基板の高温化を防止すべく基板の背面側に冷却ガスが充填された状態で行われる。このため、半導体ウエハのみを貫通エッチングに供すると、貫通時にこの冷却ガスがプロセスチャンバーに放出されてしまうことになる。従って、冷却ガスの放出を防止するために、半導体ウエハの背面に保持基板を仮接着している。また、厚さが100μｍ程度の極薄半導体ウエハ単体では、貫通エッチング等の加工に耐えうる強度を有さず、加工の過程で割れやゆがみ等の不具合が発生することがある。このため、半導体ウエハをこれよりも厚く十分な強度を持った保持基板に仮接着することが行われる。従来、保持基板への接合剤の塗布はスクリーン印刷により行われてきた。

図１は、従来のスクリーン印刷を用いた仮接着方法を示す図であり、(a)は保持基板への接合剤の塗布方法を示し、(b)は保持基板と半導体ウエハとの仮接着の過程を示し、(c)はこれらの貼り付け後の状態を示す。図１(a)に示すように、保持基板１を固定した上部に、接合剤２を載せたスクリーン３を用意し、スクリーン３上をゴム片などのヘラ４を移動させることにより接合剤２を保持基板１上に塗布する。図１(b)に示すように、接合剤３が塗布された保持基板１上に半導体ウエハ５を載せ、これを真空オーブン内で、加熱、脱泡することにより、図１(c)に示す被エッチング材を得ることができる。

スクリーン印刷では、粘度が低い接合剤を保持基板上に均一に塗布することが困難であるとともに、このような粘度の低い接合剤は保持基板上で定着しにくいため、塗布時に10Pa・s以上の高い粘度を有する接合剤を用いる必要がある。一方、このように粘度の高い接合剤では、塗布厚さを薄くすることが困難である（通常、塗布厚さは500μｍ程度である）ため、熱伝導性の低い接合剤では、エッチング時に半導体ウエハの高温化を効率的に防止することができない。

このため、スクリーン印刷では、例えば、窒化アルミニウムおよびポリマーの混合剤など、粘度が高いとともに熱伝導性のよいグリース（以下、「熱伝導性グリース」と呼ぶ）が用いられてきた。しかし、熱伝導性グリースを用いるスクリーン印刷による塗布方法では、下記の問題が発生する。

(1)熱伝導性グリースは粘度が高いため、塗布後の熱伝導性グリース内には微細な気泡が発生しやすい。

(2)熱伝導性グリースは粘度が高く、厚さの制御が困難であるため、塗布厚さのむらが生じやすい。

(3)半導体ウエハは、加工工程を経た後に加熱されて保持基板から剥離される。このとき、熱伝導性グリース内の窒化アルミニウムは溶融せず、半導体ウエハの裏面に残存し、これが汚れを生じさせる。

(4)熱伝導性グリースは、市販されているものであるが非常に高価な材料であるため、製造コストの上昇を招く。

従来の方法により製造した被エッチング材にトレンチエッチングを施す場合に、上記(1)または(2)の問題が発生すると、エッチング中の冷却が不均一となり、エッチング形状が不安定となる。また、通常、半導体ウエハは、エッチングにより所定形状に加工された後に、ガラス等の部材が取り付けられることになるが、上記(3)の問題が発生すると、半導体ウエハとガラス等の部材との密着性が悪くなる。

そこで、本発明者らは、スクリーン印刷に変わる新たな貼り付け部材の製造方法として、図２および３に示す貼り合わせ部材の仮接着にワックスを用いる方法を提案している（特願2003-176445号）。その詳しい内容については後段で説明するが、この方法によれば、保持基板上に気泡を多量に発生させることなく均一で薄いワックス膜を塗布することができる。また、ワックスは前述の熱伝導性グリースに比べ安価で、半導体ウエハ裏面の汚れの原因である窒化アルミニウム等を含有しない。このため、上記の(1)〜(4)に示す問題を解決できる。

本発明者らが鋭意研究を行った結果、この新たな被エッチング材の製造方法において使用されるワックスには、下記の物性が要求されることが判明した。

(a)半導体ウエハと保持基板との仮接着工程において、保持基板上に均一で、且つ薄いワックス膜を形成するためにはワックスが流動性を有すること、即ち、十分に溶融していることが必要である。ただし、貼り合わせ時に基板の温度が110℃を超えると半導体ウエハ上に成膜したレジストが溶融してその側壁が垂れ、エッチング後の寸法精度が低下する場合がある。従って、この方法に用いるワックスは110℃以下で十分に流動性を持っていることが要求される。

(b)被エッチング材は、エッチング時には50〜70℃程度に加熱されるが、このときワックスが溶融して貼り合わせ面から滲出すると、プラズマに晒され粉状化し、チャンバー内に飛散する。これが電極に付着するとエッチング装置の故障を招来する。このため、この方法に用いるワックスは、80℃以下ではほとんど溶融していないことが要求される。

(c)また、被エッチング材は、エッチング後に105〜110℃程度の一定温度に保たれたＮＭＰ（Ｎメチル−２−ピロリドン）に浸漬することにより剥離される。このときのワックスの粘度が高すぎると剥離に長時間を要する。また、エネルギーコストの観点からは、できる限り低温のＮＭＰに浸漬することにより容易に剥離できることが求められる。

なお、シリコンウエハの製造工程においても、例えば、研削時には、ウエハの強度確保のため保持基板を仮接着したものが用いられる。そして、ウエハは研削後にスクレーパにより保持基板から機械的に剥離されるのが一般的である。しかし、貫通エッチングを施した半導体ウエハは、このような機械的な剥離に耐えうる強度を有しないため、上記のＮＭＰに浸漬して化学的手段により剥離される。

本発明は、仮接着、エッチングおよび剥離のいずれの工程においても悪影響を発生させることのない被エッチング材の仮接着用ワックスを提供することを目的とする。

本発明は、「半導体ウエハに保持基板を仮接着した被エッチング材をプラズマプロセスにより貫通エッチングした後（このとき、前記被エッチング材は50〜70℃に加熱される）、前記被エッチング材を105〜110℃に加熱して前記半導体ウエハから前記保持基板を剥離する半導体ウエハの貫通エッチング工程において用いられる仮接着用ワックスであって、80℃における粘度が1.7 Pa・s以上、2.5Pa・S以下であり、且つ100℃における粘度が0.50 Pa・s以下であり、軟化点が57℃以上であることを特徴とする被エッチング材の仮接着用ワックス」を要旨とする。このワックスは、例えば、質量％で、ロジンを40〜50％、酸変性ロジンを20〜30％、高級脂肪酸を20〜30％含有するものである。

１．本発明のワックスについて
80℃における粘度が1.7 Pa・s以上で、且つ100℃における粘度が0.50 Pa・s以下であり、軟化点が57℃以上であることを特徴とする。なお、粘度は、ワックスを所定の温度に加熱した後、CFT-500（島津製作所製）を用いて測定した値である。

(A) 80℃における粘度：1.7 Pa・s以上
80℃におけるワックスの粘度が1.7 Pa・s未満の場合、エッチング時にワックスが溶融して貼り合わせ面から滲出する。このように滲出したワックスがプラズマに晒され粉状化し、チャンバー内に飛散する。従って、80℃における粘度を1.7 Pa・s以上とした。エッチングの観点からは、80℃における粘度は1.7Pa・s以上であれば問題がないが、2.5Pa・sを超えると、ワックスを流動させるための加熱に長時間を要する。このため、80℃における粘度は2.5Pa・s以下が望ましい。

(B) 100℃における粘度：0.50Pa・s以下
100℃におけるワックスの粘度が0.50Pa・sを超える場合、十分な流動性が得られない。このため、ワックスの塗布時に、均一塗布ができず、十分な接着強度が得られないという問題がある。また、ワックスの剥離に長時間を要する。このため、100℃における粘度を0.50Pa・s以下とした。

(C) 軟化点：57℃以上
軟化点が57℃未満の場合、80℃における粘度が1.7Pa・s以上であっても、エッチング時にワックスが溶融して貼り合わせ面から滲出し、これがプラズマに晒され粉状化し、チャンバー内に飛散する。従って、本発明のワックスの軟化点は57℃以上とする必要がある。軟化点は、JIS K-2207に規定される環球法により測定する。

本発明のワックスは、例えば、質量％で、ロジンを40〜50％、酸変性ロジンを20〜30％、高級脂肪酸を20〜30％含有するものが挙げられる。

(D) ロジン：40〜50％
ロジンは、天然樹脂の一種であり、アビエチン酸を主成分とする各種異性体の混合物であり、ワックスの接着力を発現させる効果を有する。しかし、その含有量が40％未満の場合には接着力が不十分であり、50％を超えると、軟化点、粘度の調整が困難となる。従って、ロジンの含有量は40〜50％が望ましい。なお、本発明のワックスに用いるロジンとしては、固松脂、コロホニー、松脂（脂）等がある。

(E) 酸変性ロジン：20〜30％
酸変性ロジンは二塩基酸とロジンとの変性物であり、粘度、軟化点を変化させる効果を有する。酸変性ロジンの含有量が20％未満では、80℃における粘度、軟化点が不十分となって、前述のようにエッチング時に滲出、粉状化の問題が生じやすくなる。しかし、30％を超える場合には、100℃における粘度が高すぎて、ワックスの均一塗布が難しくなり、またウエハの剥離に長時間必要になるおそれがある。従って、酸変性ロジンの含有量は20〜30％が望ましい。なお、酸変性ロジンとしては、例えばマレイン酸変性ロジンを用いることができる。

(F) 高級脂肪酸：20〜30％
高級脂肪酸とは、鎖式モノカルボン酸の中で炭素数の大きいものを意味する。高級脂肪酸は、粘度、軟化点を変化させる効果を有する。その含有量が20％未満の場合には100℃における粘度が高すぎて、ワックスの均一塗布が難しくなり、またウエハの剥離に長時間必要になる場合がある。一方、30％を超える場合には80℃における粘度、軟化点が不十分となって、前述のようにエッチング時に滲出、粉状化の問題が生じやすくなる。
従って、高級脂肪酸の含有量は20〜30％が望ましい。なお、高級脂肪酸としては、例えばステアリン酸、パルミチン酸を用いることができる。

本発明のワックスには、上記の成分のほか、シリコン酸化膜との親和性を高めるための界面活性剤などを含有させてもよい。また、本発明のワックスは、例えば、上記のロジン、酸変性ロジン、高級脂肪酸を同時に釜に装入して、釜の温度を100〜250℃に保持した状態で撹拌することにより製造することができる。

２．本発明のワックスの使用例について
本発明のワックスの使用方法については特に限定はないが、例えば、下記のような方法により使用することができる。以下、本発明のワックスの使用例を説明する。

図２および３は、本発明者らが先に提案した新たな被エッチング材の製造装置を示す図である。図２に示すように、新たな被エッチング材の製造装置６は、液状のワックス７を保持する密閉容器８と、液状のワックス７を保持基板１に塗布する塗布パッド１０と、液状のワックス７を塗布パッド１０に送るチューブ１１とを有する。このとき密閉容器８内は、ヒーターにより加熱され110℃以下の一定温度で保持されている。

そして、密閉容器８の空隙部には、非反応性ガスが導入されるので、液状のワックス７はチューブ１１を介して塗布パッド１０から滲出される。この状態で保持基板１を下降させて塗布パッド１０に接触させることで、保持基板１にはワックス７が塗布される。このように、非反応性ガスの圧力でワックス７を塗布パッド１０から滲出させた状態で保持基板１にワックス７を塗布すれば、塗布されたワックス７中に気泡が発生することない。

図３(a)に示すように、新たな被エッチング材の製造装置６では、例えば、回転手段１３により上面が支持された保持基板１の下面にワックス７が塗布された後に、回転手段１３を所定の位置まで上昇させる。この位置で回転手段１３が回転し、保持基板１の下面に塗布されたワックス７は遠心力により回転中心から外側に向けて塗り広げられる。そして、図３(b)に示すように、余分に塗布されたワックス７は、遠心力により飛び散るため、保持基板の表面には、塗布厚さのむらがなく、均一で薄いワックスの膜が形成される。

被エッチング材は、上記の装置を用いて保持基板にワックスを塗布した後、予めレジストを形成した半導体ウエハを、例えば、ワックスが溶融した状態で載せ、これを真空オーブン内で、加熱、脱泡することにより製造される。この被エッチング材は、一旦、常温まで冷却された後、エッチングに供される。

表１に示すワックスを用いて、被エッチング材（厚さ100μｍ）に保持基板（厚さ525μm）を図２及び３に示す装置を用いて仮接着したものをプラズマプロセスにより貫通エッチングに供し、ワックスの塗り易さ（コート性）、エッチング時の挙動（エッチング性）、および剥離し易さ（剥離性）を評価する実験を行った。これらの結果を「◎」は最良、「○」は良好、「×」は不良として表１に併記する。

表１に示すように、本発明例１および２は、いずれも80℃における粘度、100℃における粘度および軟化点のいずれもが本発明で規定される範囲にあり、コート性、エッチング性および剥離性のいずれの性能も良好であった。本発明例２では、エッチング等において問題とならない程度の塗布ムラが発生したが、本発明例１は、組成が請求項２で規定される範囲にあり、コート性において本発明例２より優れた性能を示した。

一方、比較例１〜４および比較例６では、80℃における粘度が低すぎて、エッチング時に貼り合わせ面からワックスが滲出した。また、比較例５は、80℃でも溶融せず、ワックス塗布ができなかったため、実験を中止した。

本発明のワックスは、半導体ウエハ上に成膜されたレジスト膜に悪影響を及ぼさない110℃以下の貼り合わせ温度で容易に流動化し、50〜70℃のエッチング温度においては流動化せず、エッチング後に105〜110℃の比較的低温で半導体ウエハを保持基板から剥離することができる。また、このワックスは、保持基板に均一でその内部に気泡が存在せず、且つ極めて薄い層厚さで塗布することができる。このため、半導体ウエハに極めて寸法精度よくエッチングを行うことができる。また、このワックスは、従来用いられていた熱伝導性グリースに比べ安価であるとともに、半導体ウエハの裏面の汚れを発生させることもない。

従来のスクリーン印刷を用いた貼り合わせ方法を示す図であり、(a)は保持基板への接合剤の塗布方法を示し、(b)は保持基板と半導体ウエハとの貼り付けの過程を示し、(c)はこれらの貼り付け後の状態を示す。本発明のワックスを使用できる被エッチング材の製造装置を示す図である。回転手段の動作状態を示す図である。

符号の説明

１.保持基板、２．接合剤、３．スクリーン、４．ヘラ、５．半導体ウエハ、
６．被エッチング材の製造装置、７．ワックス、８．密閉容器、
9-1、9-2．ヒーター、１０．塗布パッド、１１．チューブ、１２．支持部材、
１３．回転手段、１４．ブース

Claims

半導体ウエハに保持基板を仮接着した被エッチング材をプラズマプロセスにより貫通エッチングした後（このとき、前記被エッチング材は50〜70℃に加熱される）、前記被エッチング材を105〜110℃に加熱して前記半導体ウエハから前記保持基板を剥離する半導体ウエハの貫通エッチング工程において用いられる仮接着用ワックスであって、
80℃における粘度が1.7Pa・S以上、2.5Pa・S以下であり、且つ100℃における粘度が0.5Pa・S以下であり、軟化点が57℃以上であることを特徴とする被エッチング材の仮接着用ワックス。
質量％で、ロジンを40〜50％、酸変性ロジンを20〜30％、高級脂肪酸を20〜30％含有することを特徴とする請求項１に記載の被エッチング材の仮接着用ワックス。