JP4690417B2 - 半導体ウエハのダイシング方法及びダイシング装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体ウエハのダイシング中あるいは後のエッチングによってダイ強度を増加することに関するものである。

自然エッチング剤によるシリコンなどの半導体のエッチングは、半導体産業で用いられるキャッピング層あるいはエンカプシュレーション層の大多数に対して高いエッチング選択性を有することで知られている。自然エッチング剤とは、電気や機械的エネルギーあるいは熱活性化などの外部エネルギー源を必要とせずにエッチングするエッチング剤のことである。そのようなエッチングは発熱を伴うので、反応物質の原子間結合を切断あるいは改変するのに用いられるエネルギーよりも多くのエネルギーが反応時に解放される。アメリカ合衆国特許６，４９８，０７４には、半導体ウエハをダイシングソー、レーザー、あるいはマスクエッチングによってウエハの上側から途中までダイシングし、ウエハから単離されるダイの目的厚さと少なくとも同じサイズの深さの溝を形成する技術が開示されている。ウエハの裏側は、上側とは反対に、例えばＣＦ_４による大気圧プラズマエッチングにより、前記溝が露出する地点を超えるまでドライエッチングすることにより、ダイの側壁と底部エッジおよびコーナーからダメージとそれによる応力を除去し、丸みをおびたエッジおよびコーナーが得られる。溝の形成の後にポリイミドなどの保護層を用いることによって、単離後およびエッチング中のダイを一緒に保持し、また溝を通過するエッチング剤からウエハの上面の回路を保護することが好ましい。

しかし、ウエハの裏側からエッチングするためには、上側面に溝を形成した後にウエハを、例えば渦式の非接触チャックを用いて、マウントしなおし、ウエハに溝が形成された側とは反対側からウエハをエッチングする必要がある。

本発明の目的は、先行技術の上記問題点を少なくとも改善することである。

本発明の第一の側面によれば、動作層を有する半導体ウエハをダイシングする方法であって、前記半導体ウエハを、前記動作層をキャリアから離した状態でキャリアの上に搭載するステップと、前記キャリア上の前記半導体ウエハを、前記半導体ウエハの主表面から少なくとも途中までダイシングすることにより、少なくとも途中までダイシングした半導体ウエハを形成するステップと、前記キャリア上の前記少なくとも途中までダイシングした半導体ウエハを、自然エッチング剤を用いて前記主表面からエッチングすることにより、前記少なくとも途中までダイシングされた半導体ウエハから製造されるダイから十分な半導体材料を除去し、前記ダイのたわみ曲げ強度を向上するステップとからなる半導体ウエハのダイシング方法が提供される。

前記半導体ウエハを少なくとも途中までダイシングするステップにおいては、前記半導体ウエハを完全に貫くように前記半導体ウエハをダイシングし、前記半導体ウエハをエッチングするステップにおいては、前記ダイの側壁をエッチングし、前記ダイの残りの部分はダイ上の前記動作層の部分によって前記自然エッチング剤からマスクされていることは便利である。

あるいは、前記半導体ウエハを少なくとも途中までダイシングするステップにおいては、前記半導体ウエハをダイシングレーンに沿って途中までダイシングすることにより、半導体物質の前記ダイシングレーンを橋渡しする部分を残し、 前記半導体ウエハをエッチングするステップにおいては、前記ダイシングレーンの側壁をエッチングし、また、ダイシングレーンを橋渡しする半導体物質の前記部分をエッチングにより取り除くことにより、ダイを単離する。

前記半導体ウエハがシリコンウエハであるのは有利である。

前記自然エッチング剤を用いてエッチングするステップにおいては、二フッ化キセノンを用いてエッチングするのが便利である。

前記自然エッチング剤を用いてエッチングするステップにおいては、エッチングチャンバを備え、前記半導体ウエハを前記エッチングチャンバ内でエッチングするのが好ましい。

前記エッチングチャンバ内で自然エッチング剤を用いてエッチングするステップは、複数のサイクル回数にわたり、循環的に前記チャンバに自然エッチング剤を供給しまた前記エッチングチャンバから自然エッチング剤を排出するのが有利である。

本発明の第二の側面によれば、動作層を有する半導体ウエハをダイシングするためのダイシング装置であって、前記半導体ウエハを搭載することのできるキャリア手段で、前記動作層を前記キャリア手段から離して搭載することができるキャリア手段と、前記キャリア手段上の前記半導体ウエハを前記半導体ウエハの主表面から少なくとも途中までダイシングして、少なくとも途中までダイシングした半導体ウエハを形成するように配列されたレーザあるいは機械的ソー手段と、前記キャリア手段上の前記少なくとも途中までダイシングされた半導体ウエハを自然エッチング剤を用いて前記主表面からエッチングすることにより、前記少なくとも途中までダイシングされた半導体ウエハから製造されるダイから十分な半導体材料を除去し、前記ダイのたわみ曲げ強度を向上するように配列されたエッチング手段とを有するダイシング装置が提供される。

前記ダイシング装置はシリコンウエハをダイシングするように配列されていることが便利である。

前記エッチング手段は二フッ化キセノンを用いてエッチングするように配列されていることが有利である。

前記キャリア手段に搭載された前記半導体ウエハをエッチングチャンバ内でエッチングするように配列されたエッチングチャンバを更に有することが好ましい。

前記エッチングチャンバは、複数のサイクル回数にわたり、巡回的に前記チャンバに自然エッチング剤を供給しまた前記エッチングチャンバから自然エッチング剤を排出するように配列されていることが好ましい。

以下、添付図面を参照しながら例によって本発明を説明する。

図中、同じ参照番号は同じ部分を示す。

図１および図２を参照すると、標準的なダイシングテープ１２およびテープ枠１３に載せたシリコンウエハ１１が、図示されていないキャリアに搭載されている。ウエハをキャリア上でレーザあるいは機械的ソーを用いてダイシングすることにより、ダイシングされたウエハ１１１が得られる。レーザは、ダイオード励起による固体レーザ、モードロックレーザ、あるいはウエハの半導体および他の材質を機械加工するのに適した任意の他のレーザとすることができる。赤外線波長から紫外線波長までの適切なレーザ波長を選択することができる。

ダイシングされたウエハ１１１はチャンバ１４内でキャリア上に設置されており、チャンバは入口ポート１４１および出口ポート１４２を有している。二フッ化キセノン（ＸｅＦ_２）あるいはシリコンに対する任意の他の自然エッチング剤が循環的に、所定期間あたり所定回数のサイクルで、入口ポート１４１から投入され、出口ポート１４２から排出される。あるいは、エッチングを連続的なプロセスとして実行することもできるが、この場合、エッチ速度およびエッチング剤の使用量の点で効率性が劣ることが判明している。次いで、ダイをテープ１２から外して、ダイパッド１５あるいはもう一つ別のダイの上に載せ、台付きダイ１６とする。

図１を参照すると、本発明の第一の実施形態では、動作層を一番上としたウエハ１１がダイシングされ、次いで自然エッチング処理される。ウエハ１１は動作面を上にしてテープ１２およびテープ枠１３の上に置かれてウエハキャリアに搭載されている。すなわち、動作層がキャリアから離れた状態にある。ウエハはキャリア上で機械的なダイシングソーあるいはレーザダイシングソーによりダイシングされ、動作層を上にした状態のダイシングされたウエハ１１１が得られる。ダイシングされたウエハ１１１は動作面を上にしてエッチングチャンバ１４に設置され、シリコンに対する自然エッチング剤１４０が入口ポート１４１を通してチャンバ１４へと投入され、所定の期間、ダイシングされたウエハ１１１と接触することになる。エッチング剤はＸｅＦ_２とすることができるが、それに限定されない。また、エッチング剤は気体でも液体でもよい。ダイシングされたウエハ１１１は図示されていないウエハキャリアによってチャンバ１４内で位置が保持されているが、ウエハキャリアは接着層を利用してあるいは、物理的にあるいは電気的にあるいは真空によって固定するなどの機械的な手段でウエハの位置を保持する任意の可撓性あるいは不撓性の材質でできたものとすることができる。ウエハキャリアは不透明あるいは光学的に透明とすることができる。エッチングの後、単離されたエッチング後のダイ１６をキャリアから取り外して、ダイパッド１５あるいはもう一つ別のダイの上に載せる。本実施形態では、動作層が自然エッチング剤に対してマスクとして機能し、ダイの側壁だけがエッチングされてシリコン層が除去される。側壁をエッチングすると側壁の物理的性質が変化するのでダイの平均強度が増加する。それは３点試験あるいは４点試験による破壊により測定される。

図２を参照すると、本発明の第二の実施形態では、動作層を一番上としたウエハ１１が動作側を上にしてテープ１２およびテープ枠１３の上に置かれてウエハキャリア１７に搭載されている。ウエハキャリア１７は、ウエハの位置を、接着層を利用してあるいは、機械的にあるいは電気的にあるいは真空によって固定するなどの機械的な手段によって保持するのに適した任意の光学的に透明な可撓性あるいは不撓性の材質でできたものとすることができる。ウエハ１１を、機械的ダイシングソーあるいはレーザダイシングソーによりダイシングレーン１８に沿って途中までダイシングすることにより、途中までダイシングされたウエハ１１２が得られる。途中までダイシングされたウエハ１１２は動作面を上にしてキャリア１７に載せてエッチングチャンバ１４に設置され、シリコンに対する自然エッチング剤１４０と接触させられ、エッチング剤１４０がダイシングレーンのシリコン残存部分をエッチングにより取り除くことになる。エッチング剤はＸｅＦ_２とすることができるが、それに限定されない。また、エッチング剤は気体でも液体でもよい。側壁の物理的性質が変化することに加えて、ダイが実質的に同時にダイシングされるのでダイシングされた従来のウエハの場合に起こりえる応力の蓄積が避けられることによってもダイ強度が増加する。

化学エッチングやプラズマエッチングなどの他のエッチングプロセスに比べて、本発明のプロセスは完全に統合された乾燥した制御可能な気体プロセスであるという利点があり、その結果、専門家による湿式化学処理が必要ではなく、また、閉じた処理システムにおいてクリーンで安全で使い易い物質が用いられるので自動化に適している。更に、自然エッチングをダイシングと並行して実施できるので、サイクル時間はダイシング処理時間のオーダーであるため、処理量を制約することがない。更に、本発明は、テープが使用できるエッチングプロセスを用いており、このプロセスは、例えばガラスを用いるなどの将来のウエハ搭載方法とも両立し得る。付け加えて、先行技術とは異なり、プラズマは全く用いない。プラズマは、ほかの点として、敏感な電気的デバイスに電気的なダメージを招きかねない。最後に、本発明は費用のかからないプロセスを提供し、このプロセスをレーザダイシングと共に用いるなら、従来のダイシングプロセスよりも低コストのダイシングプロセスを提供する。

例
十個の直径１２５ｍｍ、厚さ１８０μｍのシリコンウエハを標準的なフォトレジストでコーティングした。ウエハは表１に示されているように２つのグループに分け、５つのウエハはレーザダイシング処理し、５つのウエハは機械的ソーによるダイシング処理した。

ダイシングの後にウエハをチャンバに設置し、所定の時間ＸｅＦ_２によってエッチングした。その時間の後、チャンバを真空吸引して排出した。このエッチングと真空吸引と排出のサイクルを、設定した回数、繰り返し、所定の厚みのシリコンを除去した。実行したサイクルの回数は表２に示されている。

ウエハがエッチングされた後、各ウエハのダイ強度を３点および４点たわみ曲げ強度試験を用いて測定した。

３点ダイ強度試験の結果は、レーザカットウエハについては表３に、ソーカットウエハについては表４に一覧されている。対応するグラフは対照ウエハに関する残存確率を４つの異なるエッチングの深さを用いた場合と比較するものであるが、レーザカットウエハについては図３に示されている。図３の線３１はエッチングされていないウエハ、線３２は２μｍのエッチングの深さ、線３３は３μｍのエッチングの深さ、線３４は４μｍのエッチングの深さ、線３５は２５μｍのエッチングの深さに関するものである。図４はソーカットウエハに関するものであり、図４の線４１はエッチングされていないウエハ、線４２は２μｍのエッチングの深さ、線４３は３μｍのエッチングの深さ、線４４は４μｍのエッチングの深さ、線４５は２５μｍのエッチングの深さに関するものである。レーザカットウエハとソーカットウエハの両方に関して、３点試験により測定されたたわみ強度は、一般的にエッチングの深さと共に増加する。

４点ダイ強度試験の結果は表５および表６に一覧されている。対応するグラフは対照ウエハに関する残存確率と４つの異なるエッチングの深さとを比較するものであるが、レーザカットウエハについては図５に示されている。図５の線５１はエッチングされていないウエハ、線５２は２μｍのエッチングの深さ、線５３は３μｍのエッチングの深さ、線５４は４μｍのエッチングの深さ、線５５は２５μｍのエッチングの深さに関するものである。図６はソーカットウエハに関するものであり、図６の線６１はエッチングされていないウエハ、線６２は２μｍのエッチングの深さ、線６３は３μｍのエッチングの深さ、線６４は４μｍのエッチングの深さに関するものである。

レーザカットウエハおよびソーカットウエハのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像がそれぞれ図７および図８に示されている。図７（ａ）はエッチングされていないレーザカットダイのコーナーを２００倍に拡大したもの、図７（ｂ）はエッチングされていないレーザカット側壁を８００倍に拡大したもの、図７（ｃ）は４μｍのエッチング処理したレーザカットダイのコーナーを２５０倍に拡大したもの、図７（ｄ）は４μｍのエッチング処理したレーザカット側壁を６００倍に拡大したもの、図７（ｅ）は２５μｍのエッチング処理したレーザカットダイのコーナーを２５０倍に拡大したもの、図７（ｆ）は２５μｍのエッチング処理したレーザカット側壁を７００倍に拡大したもの、図８（ａ）はエッチングされていないソーカットダイのコーナーを４００倍に拡大したもの、図８（ｂ）はエッチングされていないソーカット側壁を３００倍に拡大したもの、図８（ｃ）は４μｍのエッチング処理したソーカットダイのコーナーを３００倍に拡大したもの、図８（ｄ）はレジストが４μｍのエッチング処理していないソーカット側壁を３００倍に拡大したもの、図８（ｅ）は２５μｍのエッチング処理したソーカットダイを５００倍に拡大したもの、図８（ｆ）は２５μｍのエッチング処理したソーカット側壁を３００に拡大したものである。

３点試験および４点試験の両方に関して、ソーカットダイおよびレーザカットダイの両方とも、エッチングされたダイはエッチングされていないダイよりもたわみ強度が平均して高く、２μｍから２５μｍまでのエッチング範囲で、エッチングの深さと共にたわみ強度が増加することが分かる。

本発明をシリコンおよび二フッ化キセノンに関して説明したが、ハロゲン化合物や水素化合物（例えばＦ_２、Ｃｌ_２、ＨＣｌ、ＨＢｒ）のような任意の適切な液体あるいは気体の自然エッチング剤をシリコンあるいは他の半導体と共に用いることができる。

図１は、動作側を上にしたダイシングとそれに続く自然エッチングを示す、本発明の第一の実施例の概略的な工程図。 図２は、動作面を上にした途中までのダイシングとそれに続く自然エッチングによるダイの切り離しを示す、本発明の第二の実施例の概略的な工程図。 図３は、レーザカットされた対照ウエハと本発明により様々な程度にエッチングされたウエハを３点試験によって測定した、縦座標が残存確率、横座標がダイ強度を示すグラフ。 図４は、ダイシングソーによりカットされた対照ウエハと本発明により様々な程度にエッチングされたウエハを３点試験によって測定した、縦座標が残存確率、横座標がダイ強度を示すグラフ。 図５は、レーザカットされた対照ウエハと本発明により様々な程度にエッチングされたウエハを４点試験によって測定した、縦座標が残存確率、横座標がダイ強度を示すグラフ。 図６は、ダイシングソーによりカットされた対照ウエハと本発明により様々な程度にエッチングされたウエハを４点試験によって測定した、縦座標が残存確率、横座標がダイ強度を示すグラフ。 図７は、レーザカットされた対照ウエハの側壁と本発明により様々な程度にエッチングされたレーザカットされたウエハの側壁の顕微鏡写真。 図８は、ダイシングソーによりカットされた対照ウエハの側壁とダイシングソーによりカットされたウエハを本発明により様々な程度にエッチングされたウエハの側壁の顕微鏡写真。

符号の説明

Claims (8)

1. 主表面上に動作層を有する半導体ウエハをダイシングする方法であって、
   ａ．前記半導体ウエハを、前記動作層をキャリアから離した状態でキャリアの上に搭載するステップと、
   ｂ．前記キャリア上の前記半導体ウエハを、前記半導体ウエハの前記主表面から少なくとも途中までダイシングすることにより、少なくとも途中までダイシングした半導体ウエハを形成するステップと、
   ｃ．前記キャリア上の前記少なくとも途中までダイシングした半導体ウエハを、二フッ化キセノンの自然エッチング剤を用いて、外部エネルギー源を使わずに、エッチングチャンバ内で前記主表面から、少なくとも前記ダイの側壁をエッチングすることにより、前記少なくとも途中までダイシングされた半導体ウエハから製造されるダイから十分な半導体材料を除去し、前記ダイのたわみ曲げ強度を向上させ、該エッチングでは、前記ダイの側壁をエッチングし、前記ダイの残りの部分はダイ上の前記動作層の部分によって前記自然エッチング剤からマスクされているステップと、からなり、
   前記半導体ウエハを少なくとも途中までダイシングするステップにおいては、
   前記半導体ウエハを完全に貫くようにダイシングする、又は、前記半導体ウエハをダイシングレーンに沿って途中までダイシングして半導体物質の前記ダイシングレーンを橋渡しする部分を残し、
   前記半導体ウエハをエッチングするステップにおいては、
   前記半導体ウエハをダイシングレーンに沿って途中までダイシングしている場合、前記ダイシングレーンの側壁をエッチングし、また、ダイシングレーンを橋渡しする半導体物質の前記部分をエッチングにより取り除くことにより、ダイを単離する、
   ことを特徴とする半導体ウエハのダイシング方法。
2. 請求項１に記載のダイシング方法であって、前記半導体ウエハがシリコンウエハであることを特徴とするダイシング方法。
3. 請求項１に記載のダイシング方法であって、
   前記エッチングチャンバ内で自然エッチング剤を用いてエッチングするステップは、前記チャンバへの自然エッチング剤の供給と、前記エッチングチャンバからの自然エッチング剤の排出とからなるサイクルを、複数のサイクル回数にわたり実行する、
   ことを特徴とするダイシング方法。
4. 請求項１に記載のダイシング方法であって、
   前記エッチングチャンバ内で自然エッチング剤を用いてエッチングするステップは、連続的なプロセスとして実行されることを特徴とするダイシング方法。
5. 主表面上に動作層を有する半導体ウエハをダイシングするためのダイシング装置であって、
   ａ．前記半導体ウエハを搭載することのできるキャリア手段で、前記動作層を前記キャリア手段から離して搭載することができるキャリア手段と、
   ｂ．前記キャリア手段上の前記半導体ウエハを前記半導体ウエハの前記主表面から少なくとも途中までダイシングして、少なくとも途中までダイシングした半導体ウエハを形成するように配列されたレーザあるいは機械的ソー手段と、
   ｃ．前記キャリア手段上の前記少なくとも途中までダイシングされた半導体ウエハを、外部エネルギー源を用いることなく、二フッ化キセノンの自然エッチング剤を用いて、外部エネルギー源を使わずに、前記主表面から、少なくとも前記ダイの側壁をエッチングするエッチングチャンバであって、該エッチングでは、前記ダイの残りの部分はダイ上の前記動作層の部分によって前記自然エッチング剤からマスクされて前記ダイの側壁がエッチングされることにより、前記少なくとも途中までダイシングされた半導体ウエハから製造されるダイから十分な半導体材料を除去し、前記ダイのたわみ曲げ強度を向上するように配列されたエッチングチャンバと、を有し、
   前記レーザあるいは機械的ソー手段は、
   前記半導体ウエハを完全に貫くようにダイシングする、又は、前記半導体ウエハをダイシングレーンに沿って途中までダイシングして半導体物質の前記ダイシングレーンを橋渡しする部分を残し、
   前記エッチングチャンバは、
   前記半導体ウエハをダイシングレーンに沿って途中までダイシングしている場合、前記ダイシングレーンの側壁をエッチングし、また、ダイシングレーンを橋渡しする半導体物質の前記部分をエッチングにより取り除くことにより、ダイを単離する、
   ことを特徴とするダイシング装置。
6. 請求項５に記載のダイシング装置であって、前記ダイシング装置はシリコンウエハをダイシングするように配列されていることを特徴とするダイシング装置。
7. 請求項５、６のいずれか一項に記載のダイシング装置であって、前記エッチングチャンバは、巡回的に前記チャンバに自然エッチング剤を供給する供給手段と、前記エッチングチャンバから自然エッチング剤を排出する排出手段と、をさらに有し、前記供給手段および前記排出手段による、前記自然エッチング剤の供給および排出のサイクルを、複数のサイクル回数にわたり実行することを特徴とするダイシング装置。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載のダイシング装置であって、
   前記エッチング手段は、連続的なプロセスとしてエッチングを実行するように配列することを特徴とするダイシング方法。

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