JP7128054B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板と基板の表面に積層されデバイスを構成するデバイス層とを備え、交差する複数のストリートによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハの加工方法に関する。
表面にストリート（分割予定ライン）として設定される幅を縮小してウェーハ毎のチップの取り数を増やすため、及び加工時間を短縮するために、プラズマエッチングを利用して被加工物であるウェーハを分割する所謂プラズマダイシングが従来から用いられている。
一方、デバイスが形成されたウェーハでは、デバイスを構成する回路層（金属層）と絶縁層とからなるデバイス層がストリート上にも存在するため、シリコン（基板）をエッチングするのに適したエッチングガスでは、ストリート上のデバイス層をエッチングすることが非常に難しいという問題がある。また、ストリート上に主にアルミニウム又は銅等の金属で構成されるＴＥＧ（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）を有したウェーハでも同様の問題がある。
この問題を解決するための方法として、ウェーハの表面に水溶性樹脂層を形成した後、ストリート上の水溶性樹脂層をデバイス層及びＴＥＧとともにレーザビームの照射により除去した後、ウェーハの表面側からプラズマダイシングを行う手法が特許文献１に開示されている。
特開２０１６－２０７７３７号公報
しかし、レーザビームの照射によってＴＥＧやデバイス層等を完全に除去しようとすると相当のパワーが必要であり、レーザビームの照射によって基板に変質領域が生成されて、分割により形成されるデバイスチップの抗折強度が低下するという問題がある。
また、ウェーハの表面側からプラズマダイシングをする場合、デバイスを保護するマスクの厚みが均一に形成されていないと、マスクが薄い領域においてプラズマエッチング中にマスクが除去されウェーハ表面が露出しデバイスが損傷してしまうおそれがある。
よって、基板と基板の表面に積層されデバイスを構成するデバイス層とを備え、交差する複数のストリートによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハをチップに分割する場合には、レーザビーム照射によるチップの抗折強度の低下を防ぎ、また、プラズマダイシングにおいてデバイスの損傷が発生しないようにするという課題がある。
上記課題を解決するための本発明は、基板と該基板の表面に積層されデバイスを構成するデバイス層とを備え、交差する複数のストリートによって区画された各領域にそれぞれ該デバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、ウェーハの裏面側から該基板に該ストリートに沿ったエッチング溝を形成するためのマスクをウェーハの該裏面に形成するマスク形成ステップと、該マスク形成ステップを実施した後、該マスクを介してウェーハの該裏面側からプラズマエッチングを施して該基板に該ストリートに沿った複数のエッチング溝を形成し、該エッチング溝で囲繞されたチップ領域が画成されるプラズマエッチングステップと、該プラズマエッチングステップを実施した後、超音波振動子で超音波振動を付与した水中にウェーハを水没させて該デバイス層に該チップ領域の外周縁に沿って亀裂を生成または該デバイス層を該チップ領域の外周縁に沿って破断する水没ステップと、少なくとも該水没ステップを実施する前までに、ウェーハの該表面にテープを貼着するテープ貼着ステップと、を備え、少なくとも該水没ステップと該テープ貼着ステップとを実施する前に、該デバイス層に切削ブレードまたはレーザビームでウェーハの表面側から該ストリートに沿って該基板に至らないガイド溝を形成するガイド溝形成ステップを更に備え、該水没ステップの実施後に該テープから該デバイスを剥離する、ウェーハの加工方法である。
前記水没ステップでは、前記超音波振動子とウェーハの前記裏面とが対面する向きにウェーハが水没されると好ましい。
本発明に係るウェーハの加工方法は、ウェーハの裏面側から基板にストリートに沿ったエッチング溝を形成するためのマスクをウェーハの裏面に形成するマスク形成ステップと、マスク形成ステップを実施した後、表面側ではなくマスクを介してウェーハの裏面側からプラズマエッチングを施してストリートに沿った複数のエッチング溝を基板に形成するプラズマエッチングステップとを実施することで、マスクが薄い領域でエッチング中にウェーハ表面が露出しデバイスが損傷してしまうといった事態を生じさせない。さらに、プラズマエッチングステップを実施した後、超音波振動子で超音波振動を付与した水中にウェーハを水没させてプラズマエッチングで加工されなかったデバイス層にチップ領域の外周縁に沿って亀裂を生成またはデバイス層をチップ領域の外周縁に沿って破断する水没ステップと、少なくとも水没ステップを実施する前までに、ウェーハの表面にテープを貼着するテープ貼着ステップと、実施し、水没ステップの実施後にテープからデバイスを剥離（例えば、チップのピックアップ）することで、デバイスチップを得ることができる。したがって、強パワーのレーザビームの照射によるチップの抗折強度の低下を生じさせるおそれもない。
本発明に係るウェーハの加工方法においては、少なくとも水没ステップとテープ貼着ステップとを実施する前に、デバイス層に切削ブレードまたはレーザビームでウェーハの表面側からストリートに沿って基板に至らないガイド溝を形成するガイド溝形成ステップを更に備えるものとすることで、水没ステップにおいて該ガイド溝を起点にしてデバイス層に亀裂が生成される、又はデバイス層が破断されるため、デバイスの損傷を防ぐことができ、また、デバイス層のサイズがチップ領域より大きくなる（デバイス層のはみ出し部分が大きくなる）ことを防ぐことができる。
水没ステップでは、超音波振動子とウェーハの裏面とが対面する向きにウェーハが水没されることで、超音波振動を付与した水中に水没させたウェーハのデバイス層にチップ領域の外周縁に沿って亀裂を生成またはデバイス層をチップ領域の外周縁に沿って破断させやすくなる。
ウェーハの一例を示す斜視図である。 ウェーハの一例を示す断面図である。 レーザビームを照射してウェーハの表面側からストリートに沿って基板に至らないガイド溝を形成している状態を説明する断面図である。 ウェーハに形成された基板に至らないガイド溝を拡大して示す断面図である。 表面にテープが貼着され環状フレームで支持されたウェーハを示す斜視図である。 スピンコータを用いてウェーハの裏面に水溶性樹脂層を形成している状態を示す断面図である。 裏面に水溶性樹脂層が形成されたウェーハの一部を拡大して示す断面図である。 ストリートに沿ってウェーハの水溶性樹脂層にレーザビームを照射して、水溶性樹脂層を除去してウェーハの裏面にマスクを形成している状態を示す断面図である。 裏面にマスクが形成されたウェーハの一部を拡大して示す断面図である。 ウェーハにプラズマエッチングを施すプラズマエッチング装置の一例を示す断面図である。 プラズマエッチングが施されたウェーハの一部を示す断面図である。 超音波振動子を備える水槽の一例を示す断面図である。 超音波振動子で超音波振動を付与した水中にウェーハを水没させてデバイス層にチップ領域の外周縁に沿って亀裂を生成またはデバイス層をチップ領域の外周縁に沿って破断している状態を説明する断面図である。 テープからデバイスを剥離している状態を説明する断面図である。
以下に、本発明に係るウェーハの加工方法を実施して図１に示すウェーハＷをデバイスＤを備えるチップへと分割する場合の、加工方法の各ステップについて説明していく。
図１、２に示すウェーハＷは、例えば、シリコンからなる基板Ｗ１を備える円形の半導体ウェーハである。図２に示すように、基板Ｗ１の表面Ｗ１ａのストリートＳ上にはデバイス層Ｄ１が積層されており、該デバイス層Ｄ１によって複数のデバイスＤがマトリックス状に形成されている。なお、デバイス層Ｄ１は、金属からなる回路層と、回路間を絶縁する絶縁層（例えば、ｌｏｗ－ｋ膜）とから構成されている。各デバイスＤは、それぞれ直交差するように基板Ｗ１の表面Ｗ１ａに設定された複数の該ストリートＳによって区画されている。デバイスＤの表面とデバイス層Ｄ１の表面とからなるウェーハＷの表面Ｗａに対して反対側の面となるウェーハＷの裏面Ｗｂ（基板Ｗ１の裏面）は、例えば図示しない保護テープが貼着されて保護されていてもよい。
上記ストリートＳ上には、例えば、所定の金属で構成される図示しないＴＥＧがデバイス層Ｄ１と共に形成されていてもよい。また、デバイスＤの外縁に沿って図示しないガードリングが設けられていてもよい。ガードリングは、金属により構成された数μｍ程度の幅を有する領域であって、デバイス層Ｄ１の破断時等においてチッピングやクラックがデバイスＤに到達するのを防ぐためのものである。
なお、基板Ｗ１はシリコン以外にガリウムヒ素、サファイア、窒化ガリウム又はシリコンカーバイド等で構成されていてもよい。
（１）ガイド溝形成ステップ
本実施形態においては、例えば、まず、デバイス層Ｄ１にレーザビームでウェーハＷの表面Ｗａ側からストリートＳに沿って基板Ｗ１に至らないガイド溝を形成する。
ウェーハＷは、例えば、図３に示すレーザ加工装置１に搬送される。レーザ加工装置１は、ウェーハＷを吸引保持するチャックテーブル１０と、チャックテーブル１０に保持されたウェーハＷのデバイス層Ｄ１に対して吸収性を有する波長のレーザビームを照射可能なレーザビーム照射手段１１とを少なくとも備えている。
チャックテーブル１０は、Ｚ軸方向の軸心周りに回転可能であるとともに、図示しない移動手段によって加工送り方向であるＸ軸方向及び割り出し送り方向であるＹ軸方向に往復移動可能となっている。チャックテーブル１０は、例えば、その外形が円形状であり、ポーラス部材からなりウェーハＷを吸着する平坦な保持面１０ａを備えている。そして保持面１０ａに連通する図示しない吸引源が生み出す吸引力が保持面１０ａに伝達されることで、チャックテーブル１０は保持面１０ａ上でウェーハＷを吸引保持できる。
レーザビーム照射手段１１は、レーザビーム発振器１１９から発振されたレーザビームを、伝送光学系を介して集光器１１１の内部の集光レンズ１１１ａに入光させることで、チャックテーブル１０で保持されたウェーハＷのデバイス層Ｄ１にレーザビームを正確に集光して照射できる。レーザビームの集光点の高さ位置は、図示しない集光点位置調整手段によりＺ軸方向に調整可能となっている。
レーザ加工装置１は、装置全体の制御を行う図示しない制御手段を備えている。ＣＰＵ及びメモリ等の記憶素子等で構成される制御手段の下で、チャックテーブル１０のＸ軸方向及びＹ軸方向における移動動作や、レーザビーム照射手段１１が照射するレーザビームの平均出力等が制御される。
レーザ加工装置１において、ウェーハＷは表面Ｗａを上側に向けた状態で、チャックテーブル１０の保持面１０ａ上で吸引保持される。次いで、レーザビームをデバイス層Ｄ１に照射するための基準となるストリートＳの位置が、図３に示すアライメント手段１５によって検出される。即ち、例えば、カメラ等の撮像手段１５０によりウェーハＷの表面ＷａのストリートＳが撮像され、形成された撮像画像に基づき、アライメント手段１５がパターンマッチング等の画像処理を行い、ウェーハＷのストリートＳの座標位置を検出する。
ストリートＳの位置の検出結果が図示しない制御手段に入力されるのに伴って、制御手段がチャックテーブル１０の移動方向や移動量を制御する。即ち、チャックテーブル１０がＹ軸方向に割り出し送りされ、レーザビームを照射するストリートＳと集光器１１１とのＹ軸方向における位置合わせがなされる。この位置合わせは、例えば、集光器１１１の集光点直下にストリートＳの中心線が位置するように行われる。
該位置合わせが行われた後、さらにチャックテーブル１０がＹ軸方向に僅かにオフセットした位置まで移動することで、集光器１１１の集光点直下が、ストリートＳの中心線の位置から僅かにずれて該中心線からオフセット距離だけＹ軸方向に離れた位置となる。
なお、該オフセット距離は、ストリートＳの幅の値等を考慮して定められており、予め図示しない制御手段に記憶されている。なお、該オフセット距離をストリートＳの幅の情報に加えて、後述するマスク形成ステップにおいて形成される各マスク間の距離の情報（理論値や実験値）、及びプラズマエッチングステップにおいて形成されるエッチング溝の幅情報（理論値や実験値）を加味して設定することで、２条のガイド溝Ｍ（図４参照）を破線で示すエッチング溝形成予定位置とほとんどずれることなくデバイス層Ｄ１に形成できる。
さらに、集光レンズ１１１ａによって集光されるレーザビームの集光点の高さ位置が、例えば、デバイス層Ｄ１の上面の高さ位置よりも僅かに下方に合わせられる。そして、レーザビーム発振器１１９がデバイス層Ｄ１に吸収性を有する波長のレーザビームを発振し、レーザビームをデバイス層Ｄ１に集光し照射する。なお、レーザビームの平均出力は、形成するガイド溝が基板Ｗ１に至らないようにするため、例えば低く設定されている。
また、ウェーハＷが往方向である－Ｘ方向（紙面奥側）に所定の加工送り速度で送られ、レーザビームがストリートＳに沿ってデバイス層Ｄ１に照射されていき、デバイス層Ｄ１がアブレーションされて、ストリートＳに沿って基板Ｗ１に至らないガイド溝Ｍが形成される。
ストリートＳに沿ってレーザビームを照射し終える所定の位置までウェーハＷが－Ｘ方向に進行すると、レーザビームの照射が停止される。さらに、チャックテーブル１０が、ストリートＳの中心線側に向かってＹ軸方向に例えばオフセット距離の二倍の距離だけ移動される。その結果、ストリートＳの中心線を基準として先に形成されたガイド溝ＭのＹ軸位置と対称の位置（ストリートＳの中心線からオフセット距離だけＹ軸方向に離れた位置）に、集光器１１１の集光点直下が位置付けられる。
ウェーハＷが復方向である＋Ｘ方向（紙面手前側）へ加工送りされ、往方向でのレーザビーム照射と同様に、デバイス層Ｄ１がアブレーションされて、ストリートＳに沿って基板Ｗ１に至らないガイド溝Ｍが形成される。したがって、本実施形態においては、１本のストリートＳに対するデバイス層Ｄ１に、ストリートＳの中心線を挟んで対称な２条のガイド溝Ｍが形成される。順次同様のレーザビーム照射をＸ軸方向に延びる全ストリートＳに沿って行った後、チャックテーブル１０を９０度回転させて同様のレーザビームの照射を行うと、基板Ｗ１の表面Ｗ１ａの全ストリートＳに対応するデバイス層Ｄ１に、ストリートＳの中心線を挟んで対称な２条のガイド溝Ｍが形成される。
なお、レーザビームの平均出力を低く設定しており、ガイド溝Ｍは基板Ｗ１に至らぬように形成されるため、本加工方法によって最終的に形成されるデバイスチップの抗折強度の低下等は起きない。
ガイド溝形成ステップは、本実施形態のように１本のストリートＳに対するデバイス層Ｄ１に２条のガイド溝Ｍを形成すると好ましいが、例えば、１本のストリートＳに対するデバイス層Ｄ１にストリートＳの中心線上を通る１条のガイド溝Ｍを形成してもよい。
また、本実施形態においては、チャックテーブル１０の往方向と復方向との加工送りで、１本のストリートＳに対するデバイス層Ｄ１に２条のガイド溝Ｍを形成しているが、チャックテーブル１０の往方向（又は、復方向）の加工送りで１本のストリートＳに対するデバイス層Ｄ１に２条のガイド溝Ｍを一度に形成するものとしてもよい。この場合には、例えば、レーザビーム発振器１１９から発振されたレーザビームを、１／２波長板、ビームスプリッタ、及びミラー等からなる分岐手段によって２光路に分岐させてから集光レンズ１１１ａに入射させ、２光路のレーザビームをデバイス層Ｄ１に集光し照射する。
ガイド溝形成ステップは、本実施形態のようなレーザビーム照射によってなされるのではなく、切削装置を用いて行われるものとしてもよい。この場合においては、極細厚の回転する切削ブレードをウェーハＷの表面Ｗａ側からストリートＳに沿ってデバイス層Ｄ１に切り込ませ、基板Ｗ１に至らないガイド溝を形成する。
（２）テープ貼着ステップ
ガイド溝Ｍが形成されたウェーハＷは、例えば、図５に示すように表面ＷａにテープＴが貼着される。テープＴは、ウェーハＷよりも大径の円形のテープであり、例えばポリオレフィン系樹脂等からなる基材Ｔｄ（図６参照）と、基材Ｔｄ上の糊層Ｔｃとからなる。糊層Ｔｃは、紫外線照射により硬化して粘着力が低下するＵＶ硬化糊が用いられてもよい。
例えば、図示しない貼り付けテーブル上に載置されたウェーハＷの中心と環状フレームＦの開口の中心とが略合致するように、ウェーハＷに対して環状フレームＦが位置付けられる。そして、貼り付けテーブル上でプレスローラー等によりウェーハＷの表面ＷａにテープＴの糊層Ｔｃが押し付けられて貼着される。同時に、糊層Ｔｃの外周部を環状フレームＦにも貼着することで、ウェーハＷはテープＴを介して環状フレームＦに支持され、環状フレームＦを介したハンドリングが可能になる。なお、ウェーハＷだけに先にテープＴをプレスローラー等で貼着した後、環状フレームＦに対してウェーハＷを適切に位置付けて、環状フレームＦにテープＴを貼着してもよい。
例えば、環状フレームＦ及びテープＴは、後のプラズマエッチングステップで使用されるエッチングガス（例えば、ＳＦ６ガスやＣ４Ｆ８ガス）に対する耐性を備えているものを用いると好ましい。即ち、例えば、環状フレームＦはＳＵＳで形成されており、テープＴはポリオレフィン等で形成されていると好ましい。
（３－１）マスク形成ステップにおける水溶性樹脂層の形成
次いで、ウェーハＷの裏面Ｗｂ側から基板Ｗ１にストリートＳに沿ったエッチング溝を形成するためのマスクを、該裏面Ｗｂに形成する。本実施形態においては、まず、ウェーハＷの裏面Ｗｂに水溶性樹脂層を形成する。
環状フレームＦによるハンドリングが可能となったウェーハＷは、例えば、図６に示すスピンコータ４に搬送される。スピンコータ４は、例えば、ウェーハＷを保持する保持テーブル４０と、保持テーブル４０を回転させる回転手段４２と、上端側に開口を備え保持テーブル４０を収容する有底円筒状のケーシング４４とを備えている。
保持テーブル４０は、例えば、その外形が円形状であり、ポーラス部材等からなり図示しない吸引源に連通する保持面４０ａを備えている。保持テーブル４０の周囲には、環状フレームＦを固定する固定クランプ４０１が周方向に所定間隔を空けて均等配置されている。保持テーブル４０は、ウェーハＷが載置される際は上昇して搬入・搬出高さ位置に位置付けられ、吸引保持したウェーハＷに液状の水溶性樹脂が塗布される際は、ケーシング４４内における塗布高さ位置まで下降する。また、保持テーブル４０は、下方に配設された回転手段４２によりＺ軸方向の軸心周りに回転可能となっている。
ケーシング４４は、保持テーブル４０を囲繞する外側壁４４０と、外側壁４４０の下部に連接し中央に回転手段４２の回転軸が挿通される開口を有する底板４４１と、底板４４１の開口の内周縁から立設する内側壁４４２とから構成される。保持テーブル４０の下面とケーシング４４の内側壁４４２の上端面との間には、該回転軸に挿嵌され回転軸と底板４４１の開口との隙間に異物を入り込ませないようにするカバー４４４が配設されている。
ケーシング４４内には、保持面４０ａで保持されたウェーハＷに液状の水溶性樹脂を滴下するノズル４５が配設されている。ノズル４５は、底板４４１から立設しており、側面視略Ｌ字状の外形を備え、Ｚ軸方向の軸心周りに旋回可能である。ノズル４５の先端部分に形成された供給口４５０は、保持テーブル４０の保持面４０ａに向かって開口している。
ノズル４５は、液状の水溶性樹脂を蓄えた水溶性樹脂供給源４７に配管４７ａ及び図示しないロータリージョイントを介して連通している。水溶性樹脂供給源４７に蓄えられた水溶性樹脂は、例えば、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）又はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等であり、より具体的には、株式会社ディスコ製のＨｏｇｏＭａｘである。
ウェーハＷが、テープＴを介して保持テーブル４０の保持面４０ａ上に載置され、保持テーブル４０によりウェーハＷが吸引保持される。また、各固定クランプ４０１により環状フレームＦが固定される。次いで、ウェーハＷを保持した保持テーブル４０がケーシング４４内の塗布高さ位置まで下降する。また、ノズル４５が旋回し、供給口４５０がウェーハＷの裏面Ｗｂの中央上方に位置付けられる。
次いで、水溶性樹脂供給源４７が水溶性樹脂をノズル４５に供給し、ウェーハＷの裏面Ｗｂに所定量の水溶性樹脂が滴下される。保持テーブル４０が低速で回転することで、滴下された水溶性樹脂が遠心力により裏面Ｗｂの中心から外周側に流れ全面にいきわたり、図６、７に示すほぼ一様な厚さの水溶性樹脂層Ｊが形成される。その後、回転を継続して水溶性樹脂層Ｊを回転乾燥させる。なお、水溶性樹脂層Ｊの乾燥は、保持テーブル４０の上方に配置したヒータやキセノンフラッシュランプによって、水溶性樹脂層Ｊを加熱して行ってもよい。
（３－２）マスク形成ステップにおけるマスクの形成
水溶性樹脂層Ｊが形成されたウェーハＷは、図８に示すレーザ加工装置１に搬送され、テープＴを介してチャックテーブル１０の保持面１０ａ上で吸引保持される。レーザ加工装置１は、チャックテーブル１０の周囲に、環状フレームＦを固定する固定クランプ１０３を周方向に所定間隔を空けて均等に備えており、環状フレームＦが該固定クランプ１０３で挟持固定される。
そして、レーザビームをウェーハＷに照射するための基準となるストリートＳの位置がアライメント手段１５によって検出される。即ち、例えば、撮像手段１５０（例えば、赤外線カメラ）によりウェーハＷの裏面Ｗｂ側から透過させて表面ＷａのストリートＳが撮像され、形成された撮像画像に基づき、アライメント手段１５がパターンマッチング等の画像処理を行い、ウェーハＷのストリートＳの座標位置を検出する。
ストリートＳが検出されるのに伴って、図示しない制御手段による制御の下でチャックテーブル１０がＹ軸方向に移動し、ストリートＳとレーザビーム照射手段１１の集光器１１１との位置合わせがなされる。次いで、集光レンズ１１１ａによって集光されるレーザビームの集光点位置が水溶性樹脂層Ｊの高さ位置に合わせられる。レーザビーム発振器１１９が水溶性樹脂層Ｊに吸収性を有する波長のレーザビームを発振し、レーザビームを水溶性樹脂層Ｊに集光し照射する。また、ウェーハＷが往方向である－Ｘ方向（紙面奥側）に所定の加工送り速度で送られ、レーザビームがストリートＳに沿って水溶性樹脂層Ｊに照射されていき、水溶性樹脂層Ｊが溶融・蒸発して除去されて、ストリートＳに対応する基板Ｗ１の裏面Ｗｂが露出する。
ストリートＳに沿ってレーザビームを照射し終える所定の位置までウェーハＷが－Ｘ方向に進行すると、レーザビームの照射を停止するとともチャックテーブル１０がＹ軸方向に移動され、－Ｘ方向での加工送りにおいて基準となったストリートＳに隣接するストリートＳと集光器１１１とのＹ軸方向における位置合わせが行われる。次いで、ウェーハＷが復方向である＋Ｘ方向（紙面手前側）へ加工送りされ、往方向でのレーザビーム照射と同様に、水溶性樹脂層Ｊが除去されストリートＳに対応する基板Ｗ１の裏面Ｗｂが露出する。順次同様のレーザビーム照射をＸ軸方向に延びる全ストリートＳに沿って行った後、チャックテーブル１０を９０度回転させて同様のレーザビームの照射を行うと、基板Ｗ１の裏面Ｗｂの全ストリートＳに対応する領域以外の領域に図９に示すマスクＪ１が形成される。
なお、マスク形成ステップは、上記例に限定されるものではない。例えば、マスクＪ１は水溶性樹脂ではなく、レジストで構成されていてもよい。また、ウェーハＷと略同径以上の円形シート状のＤＡＦ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ Ｆｉｌｍ）を、ウェーハＷの裏面Ｗｂに貼着して、その後、ストリートＳに沿ってレーザビームを裏面Ｗｂ側からＤＡＦに照射して、ストリートＳに対応した基板Ｗ１を露出させてマスクを形成するものとしてもよい。なお、シート状のＤＡＦに代えて、液ＤＡＦを使用して、水溶性樹脂からなるマスクＪ１を形成したのと略同様の手順でＤＡＦのマスクを形成してもよい。
又は、例えば、マスクはフォトリソグラフィでウェーハＷの裏面Ｗｂに形成されてもよい。
（４）プラズマエッチングステップ
上記マスクＪ１を形成した後、例えば、図１０に示すプラズマエッチング装置９を用いて、マスクＪ１を介してウェーハＷの基板Ｗ１にプラズマエッチングを施してストリートＳに沿ったエッチング溝を形成する。
図１０に示すプラズマエッチング装置９は、ウェーハＷを保持する保持手段９０と、ガスを噴出するガス噴出ヘッド９１と、保持手段９０及びガス噴出ヘッド９１を内部に収容したチャンバ９２とを備えている。なお、プラズマエッチング装置は、誘電コイルにプラズマ発生用の高周波電力を印加し、誘電コイルに形成された磁場との相互作用によりエッチングガスをプラズマ化する誘導結合型プラズマ方式のエッチング装置であってもよい。
例えば、保持手段９０は、静電チャックであり、セラミック等の誘電体で形成されており、支持部材９００により下方から支持されている。保持手段９０の内部には、電圧の印加により電荷を発生する円板状の電極９０１が保持手段９０の保持面９０ａと平行に配設されており、電極９０１は整合器９４ａ及びバイアス高周波電源９５ａに接続されている。
例えば、保持手段９０の内部には、図示しない通水路が形成されており、該通水路を循環する冷却水により保持手段９０が内部から所定温度に冷却される。また、保持面９０ａと保持面９０ａで保持されたウェーハＷとの間には、冷却水によるウェーハＷの吸熱効率を向上させるために、Ｈｅガス等の熱伝達ガスが所定の圧力で流れるようになっている。
なお、例えば、保持手段９０は、図例の単極型の静電チャックに限定されるものではなく、双極型の静電チャックであってもよい。
チャンバ９２の上部に軸受け９１９を介して昇降自在に配設されたガス噴出ヘッド９１の内部には、ガス拡散空間９１０が設けられており、ガス拡散空間９１０の上部にはガス導入口９１１が連通し、ガス拡散空間９１０の下部にはガス吐出口９１２が複数連通している。各ガス吐出口９１２の下端は保持手段９０の保持面９０ａに向かい開口している。
ガス導入口９１１に接続されたガス供給部９３には、例えばＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８等のフッ素系ガスがエッチングガスとして蓄えられている。
ガス噴出ヘッド９１には、整合器９４を介して高周波電源９５が接続されている。高周波電源９５から整合器９４を介してガス噴出ヘッド９１に高周波電力を供給することで、ガス吐出口９１２から吐出されたエッチングガスをプラズマ化できる。プラズマエッチング装置９は図示しない制御部を備えており、該制御部によりガスの吐出量や時間、高周波電力等の条件が制御される。
チャンバ９２の底には排気口９６が形成されており、この排気口９６には排気装置９７が接続されている。排気装置９７を作動させることで、チャンバ９２内部を減圧し真空雰囲気とすることができる。また、チャンバ９２の側部には、搬入出口９２０と、この搬入出口９２０を開閉するゲートバルブ９２１とが設けられている。
チャンバ９２の内部には、プラズマエッチング中の環状フレームＦの加熱を防ぐためのフレーム加熱防止ガード９８が配設されている。フレーム加熱防止ガード９８は、例えば、エッチングガスに対する耐性を備えるＳＵＳ等を環状の平板状に形成したものであり、チャンバ９２の内側壁に径方向内側に延出するように配設されている。
本実施形態における基板Ｗ１に対するエッチング溝の形成は、例えば、ＳＦ６ガスによるプラズマエッチングとＣ４Ｆ８ガスによる溝側壁等に対する保護膜堆積（デポジション）とを交互に繰り返すボッシュ法により行うと好ましい。なお、ＳＦ６ガス単体によるプラズマエッチングで基板Ｗ１にエッチング溝を形成してもよい。
本ステップでは、まず、搬入出口９２０からウェーハＷをチャンバ９２内に搬入し、マスクＪ１側を上側に向けてウェーハＷを保持手段９０の保持面９０ａ上に載置する。そして、ゲートバルブ９２１を閉じ、排気装置９７によりチャンバ９２内を真空雰囲気とする。ウェーハＷを支持する環状フレームＦの上方は、フレーム加熱防止ガード９８で覆われる。
ガス噴出ヘッド９１を所定の高さ位置まで下降させ、ガス供給部９３からＳＦ６ガスをガス拡散空間９１０に供給し、ガス吐出口９１２から下方に噴出させる。また、高周波電源９５からガス噴出ヘッド９１に高周波電力を印加して、ガス噴出ヘッド９１と保持手段９０との間に高周波電界を生じさせ、ＳＦ６ガスをプラズマ化させる。これに並行して、電極９０１にバイアス高周波電源９５ａから電圧を印加して、保持手段９０の保持面９０ａとウェーハＷとの間に誘電分極現象を発生させ、電荷の分極により生じる静電吸着力によってウェーハＷを保持面９０ａ上でテープＴを介して吸着保持する。
プラズマ化したＳＦ６ガスは、ウェーハＷの裏面ＷｂのマスクＪ１が形成されている領域はほとんどエッチングせず、基板Ｗ１のストリートＳに対応する領域を等方性エッチングしていく。プラズマ化したＳＦ６ガスによる環状フレームＦに対する熱影響は、環状フレームＦの上方を覆うフレーム加熱防止ガード９８によって抑えられる。
次に、ガス供給部９３からＣ４Ｆ８ガスをガス拡散空間９１０に供給し、ガス吐出口９１２から下方に噴出させる。高周波電源９５からガス噴出ヘッド９１に高周波電力を印加し、さらに、電極９０１にバイアス高周波電源９５ａから高周波電力を印加して、Ｃ４Ｆ８ガスをプラズマ化させ、等方性エッチングで形成されたエッチング溝の側壁と底とに保護膜としてフルオロカーボン膜を堆積させる。再び、ＳＦ６ガスをチャンバ９２内に供給しプラズマ化させ、エッチング溝の底の保護膜のみを除去する異方性エッチングを行い、次いで、エッチング溝の底に露出した基板Ｗ１の等方性エッチングを再び行う。上記等方性エッチングと保護膜堆積と異方性エッチングとを１サイクルとし、例えば数十サイクル実施して、基板Ｗ１の垂直な深掘りを高速かつ所望のアスペクト比で実現し、図１１に示すストリートＳに沿った格子状のエッチング溝Ｍｅを基板Ｗ１に形成していく。
フッ素系のエッチングガスは、金属等からなるデバイス層Ｄ１をエッチングしない。そのため、エッチング溝Ｍｅの底がデバイス層Ｄ１内に至らず、かつ、エッチング溝Ｍｅの底にデバイス層Ｄ１の上面が露出するまでプラズマエッチングを行った後、プラズマエッチングを終了させる。即ち、チャンバ９２内へのエッチングガス等の導入及びガス噴出ヘッド９１への高周波電力の供給を停止し、また、チャンバ９２内のエッチングガスを排気装置９７に排気し、チャンバ９２内部にエッチングガスが存在しない状態とする。その結果、図１１に示すストリートＳに沿ったエッチング溝Ｍｅ（フルカット溝）が基板Ｗ１に形成され、基板Ｗ１にエッチング溝Ｍｅで囲繞されたチップ領域Ｃが画成される。
なお、エッチング溝Ｍｅの底に基板Ｗ１がエッチング残し部として僅かな厚みで残存した状態となるまで、プラズマエッチングを行ってもよい。この場合のエッチング残し部の厚さは、１０μｍ以下であると好ましい。
ボッシュ法では、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガスとを交互にチャンバ９２内に流すときのパラメータを変えることで、エッチング溝Ｍｅのアスペクト比を制御できるため、エッチング溝Ｍｅの両壁の位置を２条のガイド溝Ｍの各位置に略合致するように、エッチング溝Ｍｅを形成できる。
このように、本発明に係るウェーハの加工方法においては、ウェーハＷの表面Ｗａ側ではなくマスクＪ１を介してウェーハＷの裏面Ｗｂ側からプラズマエッチングを施してストリートＳに沿った複数のエッチング溝Ｍｅを基板Ｗ１に形成するプラズマエッチングステップを実施することで、マスクが薄い領域でエッチング中にウェーハＷの表面Ｗａが露出しデバイスＤが損傷してしまうといった事態を生じさせない。
なお、マスクＪ１が水溶性樹脂からなるものでない場合（例えば、レジスト膜である場合）には、次に行う水没ステップを行う前又は行った後に、本プラズマエッチング装置９によるアッシング等によってマスクＪ１が基板Ｗ１から除去されるものとしてもよい。
（５）水没ステップ
次いで、図１１に示すエッチング溝Ｍｅが形成されたウェーハＷを、図１２に示す水槽５に搬入する。
環状フレームＦによって支持されたウェーハＷ全体を水没させることができる有底円筒型の水槽５は、側壁５１と、側壁５１の下部に一体的に連接する底板５０とから構成され、水（例えば、純水）が溜められている。底板５０上面には、例えば、複数の圧電素子を並べて円板状に形成された超音波振動子５３が配設されている。超音波振動子５３には、図示しない端子が接続されており、この端子及び配線５４を介して交流電圧を印加して高周波電力を超音波振動子５３に供給する高周波電源５５が接続されている。なお、超音波振動子５３の形状及び配設箇所等は、本例に限定されない。
例えば、底板５０の上面の超音波振動子５３が配設されている領域よりも外側の領域には、環状フレームＦを載置するフレーム載置台５２が周方向に所定間隔を空けて均等に配設されている。なお、フレーム載置台５２は、環状に一体に形成されていてもよいし、また、環状フレームＦを挟持固定するクランプを備えていてもよい。
なお、本実施形態のように、水槽５がフレーム載置台５２を備える構成とすると好ましいが、フレーム載置台５２を備えない構成としてもよい。即ち、環状フレームＦはウェーハＷよりも厚いため、水槽５内に搬入されたウェーハＷを支持する環状フレームＦを底板５０上に直に載置するものとしてもよい。ただし、水槽５内においてウェーハＷが垂れ下がりウェーハＷが超音波振動子５３に接触してしまうことは好ましくないため、本実施形態のように、フレーム載置台５２を設けてウェーハＷと超音波振動子５３との間にある程度の隙間を形成する方が好ましい。
本実施形態における水没ステップにおいては、例えば、図１３に示すように、超音波振動子５３とウェーハＷの裏面Ｗｂ側のマスクＪ１とが対面する向きにウェーハＷを水没させて、フレーム載置台５２の上面に環状フレームＦが載置される。なお、超音波振動子５３の配置位置を水槽５に水没させたウェーハＷよりも上方となる位置としている場合には、ウェーハＷを裏面Ｗｂを上側に向けた状態で水槽５に水没させるものとしてもよい。
高周波電源５５から超音波振動子５３に対して、例えば、出力２００Ｗで高周波電力が供給されて、超音波振動子５３が高周波電力を主に上下方向の機械振動に変換することで所定の振動周波数（例えば、２５ｋＨｚ）の超音波を発振する。そして、発振された超音波が水を介してウェーハＷに伝播し、ウェーハＷが振動してエッチング溝Ｍｅに対応するデバイス層Ｄ１に鉛直方向のせん断応力が生じ、デバイス層Ｄ１にチップ領域Ｃの外周縁に沿って亀裂が生成される、又はデバイス層Ｄ１がチップ領域Ｃの外周縁に沿って破断される。なお、高周波電源５５の出力は、２００Ｗ～１０００Ｗであると好ましく、超音波の振動周波数は２５ｋＨｚ～１２０ｋＨｚであると好ましい。
本実施形態における水没ステップでは、超音波振動子５３とウェーハＷの裏面Ｗｂとが対面する向きにウェーハＷを水没させているため、ウェーハＷのデバイス層Ｄ１にチップ領域Ｃの外周縁に沿って亀裂をより生成しやすくなる、又はデバイス層Ｄ１をチップ領域Ｃの外周縁に沿ってより破断しやすくなる。このような効果が得られる理由の１つは、超音波振動で水中に発生した気泡（キャビテーション気泡）が、ウェーハＷのエッチング溝Ｍｅ内を上昇してデバイス層Ｄ１に当たって壊れるときの衝撃波が、デバイス層Ｄ１に直に加わるためである。
また、本実施形態においては、先にガイド溝形成ステップを実施してデバイス層Ｄ１にガイド溝Ｍを形成しているため、形成したガイド溝Ｍを起点にしてデバイス層Ｄ１に亀裂が生成される、又はデバイス層Ｄ１が破断されるため、デバイスＤの損傷を防げ、また、デバイス層Ｄ１のサイズがチップの基板Ｗ１より大きくなる（デバイス層Ｄ１のはみ出し部分が大きくなる）ことを防ぐことができる。特に、本実施形態においては、１本のストリートＳに対応するデバイス層Ｄ１に破断起点となる２条のガイド溝Ｍをエッチング溝Ｍｅの両壁に略合致するように形成しているため、デバイス層Ｄ１のはみ出し部分が最小限となる。
チップ領域ＣのマスクＪ１は、例えば、水槽５内で除去されてもよいし、水槽５とは別の洗浄装置によって洗浄除去されてもよい。水槽５内でチップ領域ＣのマスクＪ１を除去する場合には、水溶性樹脂からなるマスクＪ１が超音波洗浄によって溶解・除去される。水槽５は、例えば、図示しない排水機構及び給水機構を備えており、水槽５内のマスクＪ１が溶解した古くなった水は、該排水機構により排水され、さらに、給水機構から新しい水が水槽５内に給水される。
（６）テープからのデバイスの剥離
デバイス層Ｄ１にチップ領域Ｃの外周縁に沿って亀裂が生成された、又はデバイス層Ｄ１がチップ領域Ｃの外周縁に沿って亀裂が生成されたウェーハＷは、水槽５内から引き上げられて、自然乾燥やブロー乾燥、又はスピン乾燥等された後、例えば図１４に示すピックアップ装置６に搬送される。なお、テープＴの糊層ＴｃにＵＶ硬化糊が用いられている場合には、ピックアップ装置６においてデバイスＤのテープＴからの剥離を行う前に、テープＴに紫外線を照射して糊層Ｔｃを硬化させ粘着力を低下させてもよい。
ピックアップ装置６では、図示しないクランプ等で環状フレームＦが固定され、チップ領域ＣのマスクＪ１が除去された上面が吸引パッド６１で吸引保持されて上方に持ち上げられることで、デバイスＤがテープＴから剥離される。ここで、デバイス層Ｄ１にチップ領域Ｃの外周縁に沿って亀裂が生成されている箇所は、ピックアップによってデバイス層Ｄ１がチップ領域Ｃの外周縁に沿って破断される。なお、該剥離時においては、例えば、Ｚ軸方向に昇降可能な図示しないニードルで、デバイスＤを下側からテープＴを介して突き上げてもよい。
その結果、図１４に示すように、デバイスＤ及びデバイス層Ｄ１を有するデバイスチップＣ１を形成することができる。
なお、例えば、マスクＪ１がＤＡＦからなる場合には、前記水没ステップでマスクＪ１はチップ領域Ｃから除去されず、チップ領域ＣのＤＡＦが吸引パッド６１で吸引保持されて上方に持ち上げられることで、デバイスＤがテープＴから剥離される。その結果、ＤＡＦによって他の基板に実装・積層可能でありデバイスＤ及びデバイス層Ｄ１を有するデバイスチップＣ１を形成できる。
テープＴからのデバイスＤの剥離は、上記のようなデバイスチップＣ１を形成するピックアップに限定されるものではない。例えば、図１４に示すテープＴとは別の円形のテープをウェーハＷの裏面Ｗｂ全体に貼着して、ウェーハＷをテープＴから該別途のテープに対して転写することで、テープＴから各デバイスＤを一体的に剥離してもよい。
上記に説明してきたように、本発明に係るウェーハの加工方法においては、水没ステップの実施後にテープＴからデバイスＤを剥離（例えば、チップ領域Ｃのピックアップ）することで、デバイスチップＣ１を得ることができる。また、本発明に係る加工方法のいずれのステップにおいても、強パワーのレーザビームの照射をウェーハＷの基板Ｗ１に対して行わないため、デバイスチップＣ１の抗折強度の低下を生じさせるおそれもない。
本発明に係るウェーハの加工方法の各ステップは上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。また、添付図面に図示されているレーザ加工装置１やプラズマエッチング装置９等の構成要素についても、これに限定されず、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。
ガイド溝形成ステップは、少なくとも水没ステップとテープ貼着ステップとを実施する前に実施していればよいが、本実施形態のように加工方法の最初に行うと、後の各ステップを実施していくにあたってウェーハＷの表面Ｗａと裏面Ｗｂとの上下反転作業の回数を減らすことができるため好ましい。
また、ガイド溝形成ステップは必須のステップではない。これは、デバイス層Ｄ１の厚みや構成によっては、ガイド溝がデバイス層Ｄ１に形成されていなくても、水没ステップにおける超音波振動付与時にデバイス層Ｄ１はエッチング溝Ｍｅに沿って破断等可能であるためである。特に、被加工物がデバイスＤの外周縁に沿って図示しないガードリングが設けられているウェーハである場合等においては、ガイド溝形成ステップを実施する必要性はさらに低下する。なぜならば、例えば、ガイド溝がデバイス層Ｄ１に形成されていないことで、水没ステップにおいて超音波振動を付与してもデバイス層Ｄ１が完全に分割されず、それ故、テープＴからのデバイスＤの剥離においてチップをピックアップすることでデバイス層Ｄ１を分割する場合はあり得る。この場合には、デバイス層Ｄ１が引きちぎられることになるので、デバイス層Ｄ１の種類によってはストリートＳを越えてデバイス層Ｄ１が剥離してしまうこともある。しかし、ガードリングがデバイスＤの外周縁に沿って設けられていれば、ストリートＳを越えるデバイス層Ｄ１の剥離が防がれる。
テープ貼着ステップは、少なくとも、水没ステップを実施する前段階までに実施されていればよいが、本実施形態のように、マスク形成ステップやプラズマエッチングステップを実施する前に行うと好ましい。これは、マスク形成ステップやプラズマエッチングステップにおいて、ウェーハＷのハンドリングを環状フレームＦを用いて容易に行えるようにするためである。
Ｗ：ウェーハ Ｗ１：基板 Ｗａ：ウェーハの表面 Ｓ：ストリート Ｄ：デバイス
Ｄ１：デバイス層 Ｗｂ：ウェーハの裏面 Ｔ：テープ Ｔｄ：基材 Ｔｃ：糊層
Ｆ：環状フレーム
１：レーザ加工装置 １０：チャックテーブル １１：レーザビーム照射手段
１１１：集光器 １１９：レーザビーム発振器 １５：アライメント手段 １５０：撮像手段 Ｍ：デバイス層に形成されたガイド溝
４：スピンコータ ４０：保持テーブル ４０１：固定クランプ ４２：回転手段
４４：ケーシング ４５：ノズル ４７：水溶性樹脂供給源 Ｊ：水溶性樹脂層
Ｊ１：マスク
９：プラズマエッチング装置
９０：保持手段 ９００：支持部材 ９０１：電極 ９１：ガス噴出ヘッド ９１０：ガス拡散空間 ９１１：ガス導入口 ９１２：ガス吐出口 ９２：チャンバ ９２０：搬入出口 ９２１：ゲートバルブ ９３：ガス供給部 ９４，９４ａ：整合器 ９５、９５ａ：高周波電源、バイアス高周波電源 ９６：排気口 ９７：排気装置 ９８：フレーム加熱防止ガード Ｍｅ：エッチング溝
５：水槽 ５１：側壁 ５０：底板 ５２：フレーム載置台 ５３：超音波振動子
５４：配線 ５５：高周波電源
６：ピックアップ装置 ６１：吸引パッド

Claims (2)

  1. 基板と該基板の表面に積層されデバイスを構成するデバイス層とを備え、交差する複数のストリートによって区画された各領域にそれぞれ該デバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、
    ウェーハの裏面側から該基板に該ストリートに沿ったエッチング溝を形成するためのマスクをウェーハの該裏面に形成するマスク形成ステップと、
    該マスク形成ステップを実施した後、該マスクを介してウェーハの該裏面側からプラズマエッチングを施して該基板に該ストリートに沿った複数のエッチング溝を形成し、該エッチング溝で囲繞されたチップ領域が画成されるプラズマエッチングステップと、
    該プラズマエッチングステップを実施した後、超音波振動子で超音波振動を付与した水中にウェーハを水没させて該デバイス層に該チップ領域の外周縁に沿って亀裂を生成または該デバイス層を該チップ領域の外周縁に沿って破断する水没ステップと、
    少なくとも該水没ステップを実施する前までに、ウェーハの該表面にテープを貼着するテープ貼着ステップと、を備え、
    少なくとも該水没ステップと該テープ貼着ステップとを実施する前に、該デバイス層に切削ブレードまたはレーザビームでウェーハの表面側から該ストリートに沿って該基板に至らないガイド溝を形成するガイド溝形成ステップを更に備え、
    該水没ステップの実施後に該テープから該デバイスを剥離する、ウェーハの加工方法。
  2. 前記水没ステップでは、前記超音波振動子とウェーハの前記裏面とが対面する向きにウェーハが水没される、請求項１に記載の加工方法。
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