JP4818078B2 - ウエハ加工方法及びそれを用いた半導体チップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハを加工する方法及び、その方法を用いた半導体チップの製造方法に関する。

従来より、半導体チップとして、高周波領域で用いられるＧａＡｓ−ＭＥＳＦＥＴ、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；高電子移動度トランジスタ）、ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ ＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）などの高速半導体素子が知られている。

かかる半導体チップは、まず、ベースとなる半導体ウエハを支持基板に対して固定する工程と、半導体ウエハを研磨して薄膜化する工程と、半導体ウエハを静電チャックに吸着して半導体ウエハに対して表面処理を施す工程と、を経て製作される。

なお、半導体ウエハを支持基板に対して固定する方法としては、例えば、特許文献１に、ＵＶ照射により粘着性が低下するＵＶテープを介してウエハを石英やサファイアからなる支持基板に固定させる技術が開示されている。
特開平１０−２７０５３７号公報

しかしながら、ウエハの研磨が終了した後、石英やサファイアからなる支持基板に固定された化合物半導体ウエハを表面処理するため、該化合物半導体ウエハを支持基板を介して静電チャックに吸着させようとすると、支持基板の介在によって静電チャックの化合物半導体ウエハに対する吸着力が極端に小さくなり、化合物半導体ウエハを静電チャックに吸着することが非常に困難となる。

また、支持基板の厚み等を調整することにより、化合物半導体ウエハを静電チャックに吸着させても、両者の密着性は非常に悪く、表面処理の際にチャンバー内に発生した熱が支持基板に篭もりやすくなる。この場合、化合物半導体ウエハの表面処理を何度も繰り返し行うことにより、複数の化合物半導体ウエハを順次加工すると、支持基板や化合物半導体ウエハの温度が次第に高くなる。その結果、初期に加工した化合物半導体ウエハと、それ以後に加工した化合物半導体ウエハとの間で加工精度が異なるおそれがあった。

一方、上述の問題点を回避するために、化合物半導体ウエハを、支持基板を介さずに静電チャックに吸着させると、放熱性は良好になるものの、化合物半導体ウエハが直接静電チャックに接するため、たとえ静電チャックの電源を切ったとしても、静電チャックの表面に残った電荷によって化合物半導体ウエハが静電チャックによって比較的強い力で吸着される。それ故、静電チャックから化合物半導体ウエハを取り外す際に、化合物半導体ウエハに大きな外力を印加する必要があり、薄板化した化合物半導体ウエハが破損するおそれがあった。

本発明は、上記問題に鑑み案出されたものであり、その目的は、ウエハ毎に発生し得る加工精度のバラツキを低減することができ、しかもウエハの破損を良好に防止することが可能なウエハの固定方法、ならびに、生産性の高い半導体チップの製造方法を提供することにある。

本発明のウエハ加工方法は、光を透過可能な支持基板、前記光を透過可能な保護基板、および前記支持基板と前記保護基板とに挟持された、前記光を透過可能な電極膜を有して構成された支持体と、前記光の照射を受けると接着能が低下する光剥離性樹脂材を介して前記支持基板に対して固着されたウエハと、を準備する工程と、前記保護基板を静電チャックに当接させて、前記支持体を前記静電チャックに対して吸着させた状態で、前記ウエハの表面処理を行う工程と、前記光剥離性樹脂材に対して前記支持体を介して光を照射することにより、前記光剥離性樹脂材の接着能を低下させ、前記ウエハを前記支持体より剥離する工程と、を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明のウエハ加工方法は、上記加工方法において、前記光剥離性樹脂材に照射される前記光の積算光量が１５００ｍＪ／ｃｍ^２〜２０００ｍＪ／ｃｍ^２であることを特徴とする。

また、本発明のウエハ加工方法は、上記加工方法において、前記光剥離性樹脂材がグリシジルアジド重合体または３，３−ビスアジドメチルオキセタンであることを特徴とする。

さらに、本発明のウエハ加工方法は、上記加工方法において、前記光が紫外光であることを特徴とする。

また、本発明のウエハ加工方法は、上記加工方法において、前記電極膜がＩＴＯ、ＺｎＯまたはＳｎＯからなることを特徴とする。

さらに、本発明のウエハ加工方法は、上記加工方法において、前記電極膜の膜厚が２０ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする。

また、本発明のウエハ加工方法は、上記加工方法において、前記支持基板がサファイアからなることを特徴とする。

さらに、本発明のウエハ加工方法は、上記加工方法において、前記ウエハが、複数の区画に区分され、各区画内に集積回路が形成された化合物半導体ウエハからなることを特徴とする。

そして、本発明の半導体チップの製造方法は、上記のウエハ加工方法によって加工されたウエハを得る工程と、前記加工したウエハを区画毎に分割して複数の半導体チップを得る工程と、を備えている。

本発明のウエハ加工方法によれば、電極膜を有する支持体を介してウエハを静電チャックに吸着させているため、ウエハ加工の際に発生した熱は電極膜を介して静電チャックに良好に伝達するようになり、支持体やウエハの温度上昇が抑制される。その結果、ウエハの表面処理を行っても、ウエハ毎の加工精度のバラツキを低減することができる。

また、本発明のウエハ加工方法によれば、支持体を、支持基板、電極膜および保護基板で構成し、電極膜を支持基板と保護基板とで挟み込むようにすることにより、支持体を静電チャックに載置する際に、電極膜が静電チャックに接触することによって電極膜が剥離することが抑制される。それ故、支持体を、ウエハを固定するために繰り返し使用することが可能となる。一方、前記電極膜を前記静電チャックに接するように支持体を構成すれば、静電チャックへの支持体の吸着性をさらに高め、静電チャックによるウエハからの支持体を介した吸熱を良好に行うことができる。

さらに、本発明のウエハ加工方法によれば、支持体を構成する支持基板および電極膜を、それぞれ透明材料により形成することにより、ウエハと支持体とを固着する光剥離性樹脂材に対して光を、支持体を介して良好に照射することができ、ウエハを支持体より取り外すのに要する時間を短縮することができる。

また、本発明のウエハ加工方法によれば、前記光剥離性樹脂材に照射される前記光の積算光量を１５００ｍＪ／ｃｍ^２〜２０００ｍＪ／ｃｍ^２とすることで、ウエハを支持体より取り外すのに要する時間をさらに短縮することができる。

さらに、本発明のウエハ加工方法によれば、前記光剥離性樹脂材を、グリシジルアジド重合体または３，３−ビスアジドメチルオキセタンにより形成することにより、ウエハを支持体から良好に剥離することができる。

そして、本発明の半導体チップの製造方法によれば、上述のウエハ加工方法を採用することにより、半導体チップの歩留まりを高め、生産性の向上に寄与することができる。

以下、本発明に係るウエハ加工方法について、添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかるウエハ加工方法を用いて製作された半導体チップの断面図、図２−１〜図２−７は、本発明の一実施形態にかかるウエハ加工方法を説明するための断面図である。

半導体チップ１’は、その主面上に半導体素子等を集積してなる集積回路１１を有しており、通常、集積回路１１が形成された１枚の化合物半導体ウエハを多数に分割する“多数個取り”により得られる。半導体チップ１’のベースとなる化合物半導体ウエハは、多数に分割する前に、ウエハ加工や酸化処理等の処理が施される。

この化合物半導体ウエハは、例えば、以下の工程を経て加工され、半導体チップ１’が製作される。

○ 工程１：まず化合物半導体ウエハ１と支持体２とを準備する。

化合物半導体ウエハ１は、ガリウム砒素やガリウムリン等の化合物半導体から成る基板の一主面１ａに、半導体素子等からなる集積回路１１を形成することにより作製される。なお、化合物半導体ウエハ１は、複数の区画を有し、各区画に集積回路１１が形成される。

一方、支持体２は、サファイア、石英、またはガラス等の透明材料により形成された支持基板２１と、支持基板２１の一主面に被着され、紫外線を透過可能な透明材料（たとえば、ＩＴＯ等の透明な導電材料）により形成された電極膜２２と、を備えた構造を有している。なお、電極膜２２は、従来周知の薄膜形成技術（たとえば、プラズマＣＶＤ法または光ＣＶＤ法等のＣＶＤ法、スパッタリング法または蒸着法等のＰＶＤ法、メッキ法等）により、例えば２０〜２００ｎｍに形成される。

○ 工程２：次に、図２−１に示すように、化合物半導体ウエハ１を、光剥離性樹脂材３を介して支持体２に対して固着する。

本実施形態では、化合物半導体ウエハ１の一主面１ａ（集積回路１１の形成面）と支持体２の支持基板２１とが光剥離性接着材３を介して対向するように化合物半導体ウエハ１と支持体２とが固着される。

光剥離性樹脂材３は、グリシジルアジド重合体や３，３−ビスアジドメチルオキセタン等の紫外光の照射を受けると接着能が低下する樹脂材料により形成されている。

なお、化合物半導体ウエハ１と支持体２とを良好に固着するためには、支持体２の面積を化合物半導体ウエハ１よりも大きく設定するとともに、化合物半導体ウエハ１が支持体２内に平面的に収容されるように両者を配置することが好ましい。また、同様の理由から、光剥離性接着材３は、化合物半導体ウエハ１の一主面１ａの全面に被着させることが好ましい。

また、本実施形態のように、化合物半導体ウエハ１と支持体２の支持基板２１を対向させている場合、両者の間に生じる熱応力を低減する観点からは、支持基板２１と化合物半導体ウエハ１の熱膨張率との差が１５％以内となる材料（たとえば、サファイア等）により支持基板２１を形成することが望ましい。

○ 工程３：化合物半導体ウエハ１の他主面１ｂ側を、研磨して薄膜化する。

かかる研磨は、化合物半導体ウエハ１より製作された半導体チップ１’を使用する際に、集積回路１１より発生する熱を効率的に放熱すること、あるいは、高速動作する高周波デバイスとして半導体チップ１’が用いられる場合に接地電位を安定化させて高周波特性を向上させること等を目的として行われ、化合物半導体ウエハ１の厚みを３０μｍ〜１００μｍに薄膜化する。

○ 工程４：さらに、図２−２に示すように、化合物半導体ウエハ１の他主面１ｂにレジストパターン４を形成する。

レジストパターン４は、所望のパターンに形成されており、従来周知のフォトリソグラフィ技術等により形成される。

レジストパターン４の形成に当たっては、図３に示すように、ＣＣＤ５を用いて化合物半導体ウエハ１の位置をモニタリングし、他主面１ｂに形成されるレジストパターン４と一主面１ａに形成された集積回路１１とを対応させる。ＣＣＤ５を用いてモニタリングする場合、支持体２及び光剥離性接着剤３を介して可視光を化合物半導体ウエハ１の他主面１ｂに照射し、集積回路１１によって反射した反射光をＣＣＤ５で結像させる。

なお、光剥離性接着材をグリシジルアジド重合体または３，３−ビスアジドメチルオキセタンにより形成すれば、可視光を透過するので、モニタリングがさらに良好となる。

○ 工程５：続いて、図２−３に示すように、処理装置内に配置された静電チャック７に対して化合物半導体ウエハ１を、支持体２を介して吸着させる。

静電チャック７は、アルミナや窒化アルミ等の絶縁材料により形成されており、電圧を印加することにより分極し、静電チャック７の表面が正または負に帯電する（本実施形態では正に帯電する）。一方、静電チャック７の表面に対向する支持体２の表面や化合物半導体ウエハ１の他主面１ｂは、静電チャック７の表面と反対の極性に帯電する。その結果、支持体２や化合物半導体ウエハ１は静電チャック７に吸引され、化合物半導体ウエハ１は支持体２を介して静電チャック７に吸着される。このとき、支持体２は、電極膜２２を有することから、支持体２をサファイア基板のみで構成する場合に比べ、支持体２が静電チャック７に強く引き付けられ、支持体２の静電チャック７に対する密着性を高くすることが可能となる。

○ 工程６：次に、図２−４に示すように、化合物半導体ウエハ１の他主面１ｂに表面処理を施し、化合物半導体ウエハ１を加工する。

本実施形態においては、化合物半導体ウエハ１の表面処理方法として、反応性イオンエッチングを採用し、表面処理によって化合物半導体ウエハ１を厚み方向に貫通する貫通孔１２を形成する。

反応性イオンエッチングを行う場合、まず、処理装置のチャンバー内に塩素または臭素を含むガス、あるいはこれらを含む混合ガス等から成るエッチングガスを導入し、該エッチングガスに高周波の電磁波を印加してエッチングガスをプラズマ化する。また、処理装置に配置されたアノード・カソード電極６間にバイアス電圧を印加して電界Ｅを発生させる。この場合、プラズマ中のイオンが電界Ｅによって化合物半導体ウエハ１の他主面に衝突し、イオンと化合物半導体ウエハ１とが反応して化合物半導体ウエハ１が除去される。これによって反応性イオンエッチングが行われることとなる。

このとき、チャンバー内で発生した熱が化合物半導体ウエハ１や支持体２にたまるが、本実施形態においては、上述したごとく、支持体２と静電チャック７とが良好に密着している。一方、静電チャック７の熱容量は大きく、静電チャック７を吸収しやすい状態にある。また、静電チャック７は必要に応じて冷却されるため、化合物半導体ウエハ１や支持体２内の熱が良好に静電チャック７に伝達され、化合物半導体ウエハ１や支持体２の温度上昇が抑制される。なお、静電チャック７を冷却する手段としては、ヒートシンクや、静電チャックに流される冷却水または冷却ガス等がある。冷却水や冷却ガスを用いれば、静電チャック７を強制冷却することができるため、好ましい。

○ 工程７：図２−５に示すように、レジストパターン４をドライエッチング等で除去した後、貫通孔１２内に導電材料を充填して貫通導体８を形成する。

導電材料としては、ＴｉやＡｕ等が用いられ、蒸着法や電気めっき等の方法によって貫通孔１２内に導電材料が充填され、貫通導体８が形成される。この貫通導体８は、化合物半導体ウエハ１上の集積回路１１と電気的に接続される。なお、貫通導体８を形成した後、化合物半導体ウエハ１の他主面１ｂに、貫通導体８に電気的に接続される電極パターンを必要に応じて形成し、電極パターンと集積回路１１とを電気的に接続しても良い。

○ 工程８：続いて、図２−６に示すように、化合物半導体ウエハ１及び支持体２を静電チャック７から取り外す。

支持体２の取り外しは、チャンバーでの高周波電圧の印加と、静電チャック７への電圧の印加を停止した上で行う。ところが、静電チャック７は、電圧の印加を停止した後であっても、分極状態がある程度維持されており、化合物半導体ウエハ１を静電チャック７から剥離する際には、外力を印加する必要がある。この点、本実施形態においては、化合物半導体ウエハ１を、支持体２を介して静電チャック７に固定しているため、支持体２に外力を印加することにより、静電チャック７と支持体２とを分離できる。それ故、化合物半導体ウエハ１に直接大きな外力を印加しなくても、化合物半導体ウエハ１と静電チャック７とを分離することができ、薄板化した化合物半導体ウエハ１が破損することが抑制される。
なお、本実施形態においては、支持体２は、化合物半導体ウエハ１よりも剛性が高いため、静電チャック７より取り外す際に支持体２に外力を印加しても、支持体２の破損が良好に防止される。その結果、支持体２を再使用することができる。

○ 工程９：次に、図２−７に示すように、光剥離性樹脂材３に対して支持体２を介して紫外光を照射することにより、光剥離性樹脂材３の接着能を低下させ、化合物半導体ウエハ１を支持体２から剥離させる。

本実施形態では、支持体２を構成する支持基板２１及び電極膜２２を、紫外光を透過する透明材料により形成しているため、光剥離性樹脂材３への紫外光の照射を良好に行うことができ、化合物半導体ウエハ１を支持体２より短時間で剥離することができる。

また、本実施形態において、光剥離性樹脂材３を、グリシジルアジド重合体または３，３−ビスアジドメチルオキセタンにより形成した場合、紫外光の積算光量が１５００ｍＪ／ｃｍ^２〜２０００ｍＪ／ｃｍ^２で照射されると接着能が低下し、化合物半導体ウエハ１を支持体２から剥離することが可能となることを確認している。また、この場合、紫外光の照射強度を１００〜３００ｍＷ／ｃｍ^２とすれば、照射時間が１０〜６０秒という極めて短時間で化合物半導体ウエハ１を支持体２から剥離させることできることを確認している。なお、紫外光は、例えば３２０ｎｍ付近の波長を含む波長域を有する光（例えば、波長が３４０ｎｍから４５０ｎｍの光）、メタルハライドランプ等によって照射される。

○ 工程１０−１：化合物半導体ウエハ１が剥離された支持体２上から接着能が低下した光剥離性樹脂材３を除去し、新たな化合物半導体ウエハ１を、新たな光剥離性樹脂材３を介して支持体２に固着する。

以後、工程３〜工程１０−１を順次繰り返し行うことによって、複数の化合物半導体ウエハ１の加工を順次行うことができる。この場合、上述した如く、支持体２と静電チャック７とが良好に密着しており、化合物半導体ウエハ１や支持体２の熱が良好に静電チャック７に伝達されることから、化合物半導体ウエハ１や支持体２の温度上昇が抑制される。それ故、初期に加工した化合物半導体ウエハと、それ以後に加工した化合物半導体ウエハとの間で加工精度のバラツキが低減される。また、支持体２は再利用が可能となり、コスト削減にも寄与する。なお、支持体２は、新たな支持体２に取り替えても良いことは勿論である。

○ 工程１０−２：一方、工程７において剥離された化合物半導体ウエハ１は、図４に示す如く、所定の方法によって複数に分割され、複数の半導体チップ１’が製作される。

この場合、本実施形態によって加工された化合物半導体ウエハ１は、加工精度が良好であるため、得られた半導体チップ１’の歩留まりは高く、半導体チップ１’の生産性向上に寄与することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲において種々の変更・改良が可能である。

例えば、上述の実施形態では、半導体チップ１’のベースとなる化合物半導体ウエハ１を加工する例を用いて説明したが、他の用途に用いられるウエハを用いても良いし、化合物半導体以外の材料、シリコン等の単体の半導体からなるウエハであっても良い。また、化合物半導体を単結晶化したウエハであっても構わない。

また、上述の実施形態において、支持体２と光剥離性樹脂材３とを、図５（ａ）に示すように、電極膜２２を光剥離性接着材３と接着するように固着させても良い。

さらに、上述の実施形態においては、電極膜２２を透明材料により形成することで紫外光を透過可能としていたが、図５（ｂ）に示すように、電極膜２２に光導入部２２ａを多数設けることにより、光を透過可能としても良い。この場合、光導入部２２ａ以外の領域に位置する電極膜２２は、不透明な導電材料により形成しても良い。光導入部２２ａは、ＩＴＯ等の透明電極材料でも良いし、貫通する穴部であっても良い。

また、上述の実施形態において、支持体２を、図５（ｃ）に示すように、支持基板２１と、電極膜２２と、保護基板２３とで構成し、電極膜２２を支持基板２１と保護基板２３とで挟み込むように配置しても良い。この場合、支持体２を静電チャック７に載置する際に、電極膜２２が静電チャック７に接触して剥離することが良好に防止され、支持体２を長期にわたり繰り返し使用することができる。

さらに、上述の実施形態では、光剥離性樹脂材３の接着能を低下させる手段として紫外光を用いたが、光剥離性樹脂材３の材料を適宜選択することにより、光剥離性樹脂材３の接着能を低下させる手段として、他の波長を有する光を採用することも勿論、可能である。

また、上述の実施形態においては、化合物半導体ウエハ１の表面処理方法として、反応性イオンエッチングを用いたが、これに代えて、イオンビームエッチング、イオンプレーティング、またはプラズマエッチング等の表面処理方法を用いても良い。

さらに、上述した実施形態においては、集積回路１１が形成されていない化合物半導体ウエハ１の他主面１ｂを表面処理したが、これに代えて、化合物半導体ウエハ１の他主面１ｂを光剥離性樹脂材３を介して支持体２に固着し、集積回路１１が形成された化合物半導体ウエハ１の一主面１ａを表面処理しても良い。

また、上述の実施形態において、照射する光が有する波長域のうち、最小波長をλ_１、最大波長をλ_２とし、また、電極膜２２の屈折率をｎ、膜厚をｔとしたときに、λ_１／（２ｎ）≦ｔ≦λ_２／（２ｎ）を満足するように各値を設定すれば、光の干渉により光剥離性樹脂材３に照射される光の光量を増大させることができるので、化合物半導体ウエハ１の支持体２からの剥離を速やかに行うことができる。

本発明の一実施形態にかかるウエハ加工方法を用いて製作された半導体チップの断面図である。 本発明の一実施形態にかかるウエハ加工方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態にかかるウエハ加工方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態にかかるウエハ加工方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態にかかるウエハ加工方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態にかかるウエハ加工方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態にかかるウエハ加工方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態にかかるウエハ加工方法を説明するための断面図である。 レジストパターンを形成する際にＣＣＤによってモニタリングを行う方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態にかかる半導体チップの製造方法を説明するための断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の他の実施形態にかかるウエハ加工方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１’・・・・半導体チップ
１・・・・化合物半導体ウエハ
１ａ・・・化合物半導体ウエハの一主面
１ｂ・・・化合物半導体ウエハの他主面
１１・・・集積回路
１２・・・貫通孔
２・・・・支持体
２１・・・支持基板
２２・・・電極膜
２２ａ・・光導入口
２３・・・保護基板
３・・・・光剥離性樹脂材
４・・・・レジストパターン
５・・・・ＣＣＤ
６・・・・アノード・カソード電極
７・・・・静電チャック
８・・・・貫通導体

Claims (9)

1. 光を透過可能な支持基板、前記光を透過可能な保護基板、および前記支持基板と前記保護基板とに挟持された、前記光を透過可能な電極膜を有して構成された支持体と、前記光の照射を受けると接着能が低下する光剥離性樹脂材を介して前記支持基板に対して固着されたウエハと、を準備する工程と、
   前記保護基板を静電チャックに当接させて、前記支持体を前記静電チャックに対して吸着させた状態で、前記ウエハの表面処理を行う工程と、
   前記光剥離性樹脂材に対して前記支持体を介して光を照射することにより、前記光剥離性樹脂材の接着能を低下させ、前記ウエハを前記支持体より剥離する工程と、を備えたウエハ加工方法。
2. 前記光剥離性樹脂に照射される前記光の積算光量は１５００ｍＪ／ｃｍ^２〜２０００ｍＪ／ｃｍ^２であることを特徴とする請求項１に記載のウエハ加工方法。
3. 前記光剥離性樹脂は、グリシジルアジド重合体または３，３−ビスアジドメチルオキセタンであることを特徴とする請求項１または２に記載のウエハ加工方法。
4. 前記光は、紫外光であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のウエハ加工方法。
5. 前記電極膜は、ＩＴＯ、ＺｎＯまたはＳｎＯからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のウエハ加工方法。
6. 前記電極膜の膜厚は、２０ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のウエハ加工方法。
7. 前記支持基板がサファイアからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のウエハ加工方法。
8. 前記ウエハは、複数の区画に区分され、各区画内に集積回路が形成された化合物半導体ウエハからなることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のウエハ加工方法。
9. 請求項８に記載のウエハ加工方法によって加工されたウエハを得る工程と、
   前記加工したウエハを区画毎に分割して複数の半導体チップを得る工程と、
   を備えた半導体チップの製造方法。
   

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