JP7345304B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェーハの加工方法に関する。
シリコンに代表される半導体基板にデバイスが形成されたデバイスウェーハをドライエッチングする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。ドライエッチングの様態としては、例えばプラズマ状態のガスによるエッチングがある。この技術は、ウェーハを分割予定ライン（ストリート）に沿って分割する分割溝を形成したり、レーザー加工で発生したデブリや熱影響層（ダメージ層）を除去したりすることで抗折強度を向上させる目的でも使用されている。このような加工の場合、加工中や搬送中にウェーハが破損する恐れがあるため、ウェーハは環状フレームの開口にダイシングテープ等の粘着テープによって固定されたフレームユニットの形態で加工される。
特開２０１８－１５６９７３号公報
しかしながら、フレームユニットの形態でプラズマ状態のガスをウェーハに供給すると、ウェーハの外周の粘着テープや環状フレームもプラズマエッチングによって加工される恐れがある。例えば、環状フレームが樹脂製の場合、プラズマエッチングによって変色したり発塵したりする恐れがある。粘着テープの場合は特に、粘着層にフッ素（Ｆ）が残渣として残りやすく、プラズマエッチング加工後、大気中または密閉容器中で放置されると、大気中の水素（Ｈ）とフッ素（Ｆ）でフッ化水素（ＨＦ）を構成し、デバイスの電極を腐食させる恐れがある。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウェーハの外周の粘着テープや環状フレームがドライエッチングによって加工されることが抑制されるウェーハの加工方法を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のウェーハの加工方法は、ウェーハを環状フレームの開口に粘着テープで固定し、フレームユニットを準備するフレームユニット準備ステップと、エッチングチャンバー内のチャックテーブルで、該フレームユニットのウェーハを該粘着テープを介して吸引保持するフレームユニット保持ステップと、該環状フレーム及び／又は該環状フレームと該ウェーハとの間で露出する該粘着テープの環状領域をカバー部材で覆い、外部から密閉された密閉空間の内部に該環状フレームと該粘着テープの該環状領域とが収納されて、外部空間から遮蔽し、不活性ガスを該密閉空間の内部に流入させることにより、該密閉空間の内部を陽圧にする遮蔽ステップと、該フレームユニット保持ステップ及び該遮蔽ステップ実施後、該エッチングチャンバーにガスを供給し、該ウェーハをドライエッチングするドライエッチングステップと、を備える。
上述したウェーハの加工方法において、該環状フレームは樹脂で形成され、該遮蔽ステップでは該環状フレームが該カバー部材で覆われてもよい。
上述したウェーハの加工方法において、該ドライエッチングステップでは、該ウェーハにプラズマ状態のガスを供給するプラズマエッチングを実施してもよい。
本願発明は、ウェーハの外周の粘着テープや環状フレームがドライエッチングによって加工されることが抑制される効果を奏する。
図１は、実施形態に係るフレームユニットの一例を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係るウェーハの加工方法の流れを示すフローチャートである。 図３は、実施形態に係るウェーハの加工方法のウェーハにマスク層を被覆するマスク層被覆ステップの状態を示す側面図である。 図４は、実施形態に係るウェーハの加工方法のウェーハ上のマスク層に加工溝を加工する分割予定ライン加工ステップの状態を示す側面図である。 図５は、実施形態に係るウェーハの加工方法のウェーハにプラズマエッチングを実施するプラズマエッチングステップで用いるプラズマエッチング装置を示す断面図である。 図６は、図５で示したエッチングチャンバー内の静電チャックテーブル及びカバー部材の斜視図である。 図７は、図６に示された静電チャックテーブル上でかつカバー部材内にフレームユニットを搬入した状態の断面図である。 図８は、実施形態に係るウェーハの加工方法のフレームユニット保持ステップ及び遮蔽ステップの静電チャックテーブルとカバー部材とを示す断面図である。 図９は、実施形態に係るウェーハの加工方法のドライエッチングステップの静電チャックテーブル及びカバー部材を示す断面図である。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態〕
本発明の実施形態に係るウェーハの加工方法を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るフレームユニットの一例を示す斜視図である。図２は、実施形態に係るウェーハの加工方法の流れを示すフローチャートである。
図１に示すように、フレームユニット１は、ウェーハ１１と、環状フレーム１２と、粘着テープ１３と、を備える。
ウェーハ１１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）や炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）等の材料で円盤状に形成されている。このウェーハ１１の表面１１１は、格子状に設定された分割予定ライン１４（ストリート）で複数の領域に区画されている。各領域には、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等のデバイス１５が設けられる。
このウェーハ１１の裏面１１２には、ウェーハ１１よりも径の大きい粘着テープ１３が貼着されている。粘着テープ１３は、樹脂シートとも称せられる。粘着テープ１３は、円盤状の形状を有する。粘着テープ１３は、絶縁性の合成樹脂により構成された基材層と、基材層の表面及び裏面に積層された粘着性を有する糊層とを備える。ウェーハ１１の外周縁１１３よりも外周側に環状フレーム１２の内周縁１２１が位置する。すなわち、ウェーハ１１の外径は、環状フレーム１２の内径よりも小さい。環状フレーム１２の内周縁１２１の内側は、開口されている。従って、ウェーハ１１の外周側には、環状フレーム１２が配置されている。環状フレーム１２の裏面は、粘着テープ１３の外周部分の表面に貼着されている。すなわち、ウェーハ１１が、粘着テープ１３を介して環状フレーム１２の開口に固定されることによって、ウェーハ１１を環状フレーム１２の開口に粘着テープ１３で固定したフレームユニット１が構成される。なお、環状フレーム１２は、プラズマ状態のガス４５（図９に示す）に対して耐性を有して、プラズマ状態のガス４５によりエッチングされにくい材質のものが適用可能である。実施形態では、環状フレーム１２は樹脂により構成されている。
図２に示すように、実施形態に係るウェーハの加工方法は、フレームユニット準備ステップ（ＳＴ１）と、マスク層被覆ステップ（ＳＴ２）と、分割予定ライン加工ステップ（ＳＴ３）と、フレームユニット保持ステップ（ＳＴ４）と、遮蔽ステップ（ＳＴ５）と、ドライエッチングステップ（ＳＴ６）と、を備える。
前述したように、ウェーハ１１を環状フレーム１２の開口に粘着テープ１３で固定したフレームユニット１を準備するステップがフレームユニット準備ステップＳＴ１である。以下、マスク層被覆ステップＳＴ２以降について、各ステップごとに説明を進める。
（マスク層被覆ステップＳＴ２）
マスク層被覆ステップＳＴ２は、ウェーハ１１の表面１１１をマスク層２６で被覆するステップである。図３は、実施形態に係るウェーハの加工方法のウェーハにマスク層を被覆するマスク層被覆ステップの状態を示す側面図である。マスク層２６の被覆は、スピンコーター２を用いて行う。なお、マスク層２６は被覆層とも称せられる。スピンコーター２は、スピンナテーブル（保持テーブル）２１と、回転軸部２２と、クランプ装置２３と、ノズル２４と、を備える。
マスク層被覆ステップＳＴ２においては、スピンコーター２の回転駆動源の稼働により、ウェーハ１１を吸引及び保持したスピンナテーブル２１が回転軸部２２を中心に回転して、フレームユニット１を同時に回転させる。マスク層被覆ステップＳＴ２においては、スピンコーター２が、図３に示すように、ノズル２４から液状樹脂２５を滴下するとともに、スピンナテーブル４を回転させることによって、ウェーハ１１の表面１１１に液状樹脂２５を塗布する。その後、液状樹脂２５を乾燥及び硬化等させることで、ウェーハ１１の表面１１１にマスク層２６が形成される。
なお、液状樹脂２５は、ポリビニルアルコール（polyvinyl alcohol：ＰＶＡ）又はポリビニルピロリドン（polyvinyl pyrrolidone：ＰＶＰ）等の水溶性の液状の樹脂からなり、硬化するとプラズマエッチングで用いられるプラズマ状態のガス４５（図５及び図９に示す）に対して耐性を有して、プラズマ状態のガス４５によりエッチングされにくい樹脂により構成されている。
（分割予定ライン加工ステップＳＴ３）
分割予定ライン加工ステップＳＴ３は、ウェーハ１１の分割予定ライン上のマスク層２６に加工溝を形成するステップである。図４は、実施形態に係るウェーハの加工方法のウェーハ上のマスク層に加工溝を加工する分割予定ライン加工ステップの状態を示す側面図である。分割予定ライン１４は、ウェーハ１１の表面１１１を加工した加工溝３６であり、分割予定ライン加工ステップは、例えば、図４に示すレーザー加工装置３を用いて行われる。
実施形態において、分割予定ライン加工ステップＳＴ３では、レーザー加工装置３におけるチャックテーブル３１の保持面３１１に粘着テープ１３を介してウェーハ１１の裏面側を吸引保持し、クランプ装置３３で環状フレーム１２をクランプする。そして、レーザー加工装置３が、図４に示すように、レーザー照射ユニット３４とチャックテーブル３１とを分割予定ライン１４（図１参照）に沿って相対的に移動させながらレーザー照射ユニット３４から、ウェーハ１１に対して吸収性を有する波長のレーザー光線３５をマスク層２６に照射することにより、ウェーハ１１とマスク層２６に加工溝３６を形成する。
（フレームユニット保持ステップＳＴ４及び遮蔽ステップＳＴ５）
図５は、実施形態に係るウェーハの加工方法のウェーハにプラズマエッチングを実施するプラズマエッチングステップで用いるプラズマエッチング装置を示す断面図である。図６は、図５で示したエッチングチャンバー内の静電チャックテーブル及びカバー部材の斜視図である。図７は、図６に示された静電チャックテーブル上でかつカバー部材内にフレームユニットを搬入した状態の断面図である。図８は、実施形態に係るウェーハの加工方法のフレームユニット保持ステップ及び遮蔽ステップの静電チャックテーブルとカバー部材とを示す断面図である。
フレームユニット保持ステップＳＴ４は、図５に示されたプラズマエッチング装置４内の静電チャックテーブル６（チャックテーブル）でフレームユニット１のウェーハ１１を粘着テープ１３を介して吸引保持するステップである。また、遮蔽ステップＳＴ５は、環状フレーム１２及び／又は環状フレーム１２とウェーハ１１との間で露出する粘着テープ１３の環状領域１３１をカバー部材５で覆い、外部空間から遮蔽するステップである。なお、粘着テープ１３の環状領域１３１は、図５から図８に示すように、粘着テープ１３の部位のうち、環状フレーム１２とウェーハ１１との間で露出するリング状の領域である。
図５に示すように、プラズマエッチング装置４は、エッチングチャンバー４１と、静電チャックテーブル６（チャックテーブル）と、を備える。エッチングチャンバー４１の内部には、プラズマ処理室４１１が設けられる。エッチングチャンバー４１は、底壁４１２と、上壁４１３と、側壁４１４と、ガス供給管４３と、を備える。上壁４１３には、ガス供給管４３が設けられている。エッチングチャンバー４１は、プラズマ状態のガス４５（図５の矢印及び図９に示す）がガス供給管４３を介してプラズマ処理室４１１内に供給される。側壁４１４には、開口４１５が設けられる。ゲート４４は、図示しないアクチュエータによって上下動する。ゲート４４の上下動によって、開口４１５が開閉可能となる。なお、エッチングチャンバー４１には、図示しない排気路が接続されており、内部の雰囲気が排気される。
静電チャックテーブル６は、円盤状の形状を有し、静電吸着力でウェーハ１１を粘着テープ１３を介して吸引保持する。図７に示すように、静電チャックテーブル６は、底面６２と、上面６３と、側面６４と、を備える。上面６３は、粘着テープ１３の裏面が貼着される保持面である。静電チャックテーブル６の外周部には、上下方向（厚さ方向）に貫通する貫通孔６６が設けられる。貫通孔６６は、下側の小径部６６１と、上側の大径部６６２と、に分かれる。大径部６６２は、上面６３から下方に凹んだ凹部である。上面６３の貫通孔６６寄りの外周側に断面が円弧状の溝が全周に亘って設けられ、この溝にＯリング５０が嵌め込まれている。Ｏリング５０は、弾性を有するゴム等で形成されている。
また、図５から図９に示すように、プラズマエッチング装置４において、静電チャックテーブル６の上側には、カバー部材５が配置される。図７に示すように、カバー部材５は、外周壁部５１と、内周壁部５２と、上壁部５３と、底壁部５４と、連結部５５と、を備える。外周壁部５１と内周壁部５２とは、周方向に沿って延びる円筒状の形状を有する。外周壁部５１は、内径が環状フレーム１２の外径よりも大きな円筒状に形成されている。外周壁部５１の外周面５１１は、静電チャックテーブル６の外周面６４に対して、静電チャックテーブル６の径方向位置が同一である。外周壁部５１の底面５１２は、上面６３の外縁部６３１と当接可能である。
内周壁部５２は、内径がウェーハ１１の外径よりも大きくかつ外径が環状フレーム１２の内径よりも小さな円筒状に形成されている。内周壁部５２の内周面５２１は、内周側に行くにつれて下側に向かう傾斜面に形成されている。底面５２２には、断面が円弧状の溝が全周に亘って設けられ、この溝にＯリング５０が嵌め込まれている。Ｏリング５０は、弾性を有するゴム等で形成されている。底面５２２は、粘着テープ１３の表面に当接可能である。具体的には、粘着テープ１３の表面のうち、ウェーハ１１と環状フレーム１２との間の部分に底面５２２が当接する。上壁部５３は、リング状に形成され、外周壁部５１の上端と内周壁部５２の上端とを連結している。底壁部５４は、内径が環状フレーム１２の内径よりも小さなリング状に形成され、外周壁部５１の図６の右側の端部を除いて、図７の左側に示すように、連結部５５を介して外周壁部５１と外縁部が一体に連結されている。一方、図７の右側の端部に示す底壁部５４は、外周壁部５１の図７の右側の端部と連結されていないため、外周壁部５１と底壁部５４の間に外周側開口５７が開口している。外周側開口５７は、図７の矢印ＩＮで示すように、フレームユニット１を出し入れすることが可能である。また、底壁部５４の径方向の幅は、６６の大径部６６２の幅と等しい。さらに、底面５２２と底壁部５４との間には、内周側開口５８が設けられる。
また、底壁部５４の下側には、上下方向に延びる支持配管４２が固定されている。支持配管４２は、内部が中空になっており、内部を不活性ガス４０が流通する。不活性ガス４０は、例えばヘリウムガスである。さらに、支持配管４２の上端は、底壁部５４に一体になっているため、カバー部材５を上下動させる際の支持体としても機能する。すなわち、図示しないアクチュエータによって、支持配管４２を介してカバー部材５を上下動させることができる。
フレームユニット保持ステップＳＴ４では、図７に示すように、カバー部材５を静電チャックテーブル６に対して上昇させて外周側開口５７を開放した状態で、この外周側開口５７からフレームユニット１を挿入すると、環状フレーム１２及び粘着テープ１３の環状領域１３１（図５及び図７参照）が、カバー部材５の外周壁部５１と内周壁部５２と上壁部５３とで囲まれる領域に配置される。
フレームユニット保持ステップＳＴ４及び遮蔽ステップＳＴ５では、図８に示すように、支持配管４２及びカバー部材５を下降させて、カバー部材５の底壁部５４を大径部６６２に嵌合させる。すると、上面６３の外縁部６３１と外周壁部５１の底面５１２とが当接し、内周壁部５２の底面５２２と粘着テープ１３とが当接すると共に、Ｏリング５０が弾性変形してシール機能を発揮する。
また、フレームユニット保持ステップＳＴ４では、カバー部材５が下降し、底壁部５４が凹部である大径部６６２に嵌合すると、粘着テープ１３を介してウェーハ１１が静電チャックテーブル６の上面６３に載置される。フレームユニット保持ステップＳＴ４では、静電チャックテーブル６に静電吸着力を発生させる電力を供給して、上面６３に粘着テープ１３を介してウェーハ１１を吸引保持する。
カバー部材５の底壁部５４を大径部６６２に嵌合させた状態では、カバー部材５と、静電チャックテーブル６とによって密閉空間７が設けられる。ここで、密閉空間７の内部には、環状フレーム１２と、粘着テープ１３の環状領域１３１とが収納される。このように、遮蔽ステップＳＴ５では、環状フレーム１２と粘着テープ１３の環状領域１３１とをカバー部材５で覆うことで、外部空間から遮蔽することができる。なお、支持配管４２から不活性ガス４０を密閉空間７の内部に流入させることにより、密閉空間７の内部を陽圧にする。
次いで、図５から図７を用いて、フレームユニットの保持治具１００について説明する。フレームユニットの保持治具１００は、プラズマエッチング装置４のエッチングチャンバー４１内において、ウェーハ１１を環状フレーム１２の開口に粘着テープ１３で固定したフレームユニット１を保持する治具である。保持治具１００は、静電チャックテーブル６（チャックテーブル）と、カバー部材５と、密閉空間７と、内周側開口５８と、外周側開口５７と、を備える。静電チャックテーブル６は、ウェーハ１１を吸引保持する。カバー部材５は、静電チャックテーブル６に近付く方向（図５から図７の下方向）及び静電チャックテーブル６から離れる方向（図５から図７の上方向）に移動自在に設けられた円環状の部材である。密閉空間７は、静電チャックテーブル６とカバー部材５とが互いに近付いた状態で、フレームユニット１の環状フレーム１２を収容するとともに、外部から密閉された空間である。内周側開口５８は、カバー部材５の内周側に設けられる。内周側開口５８を開放すると、環状フレーム１２を密閉空間７に出し入れ自在となる。
また、内周側開口５８と外周側開口５７は、カバー部材５と静電チャックテーブル６とが互いに近付くと塞がれる。さらに、カバー部材５は、内周壁部５２の底面５２２を備える。底面５２２は、粘着テープ１３と当接すると密閉空間７を形成する。密閉空間７の内部には、粘着テープ１３の環状領域１３１が収容される。
（ドライエッチングステップＳＴ６）
図９は、実施形態に係るウェーハの加工方法のドライエッチングの静電チャックテーブル及びカバー部材を示す断面図である。ドライエッチングステップＳＴ６は、フレームユニット保持ステップＳＴ４及び遮蔽ステップＳＴ５実施後、エッチングチャンバー４１にガス４５を供給し、ウェーハ１１をドライエッチングするステップである。ドライエッチングステップＳＴ６においては、遮蔽ステップＳＴ５で環状フレーム１２と粘着テープ１３の環状領域１３１とをカバー部材５で覆ったまま、図５に示すように、ガス供給管４３からプラズマ処理室４１１の内部にプラズマ状態のガス４５を流入する。プラズマ状態のガス４５によって、ウェーハ１１にドライエッチングを施す。ここで、環状フレーム１２と粘着テープ１３の環状領域１３１とはカバー部材５で遮蔽されているため、環状フレーム１２及び粘着テープ１３の環状領域１３１は、ドライエッチングが施されることが抑制される。なお、ドライエッチングには、例えば、プラズマエッチングと、反応ガス中に材料を曝すガスエッチングとが含まれる。また、実施形態におけるドライエッチングの目的は、分割予定ライン加工ステップＳＴ３におけるレーザー加工で発生したデブリや熱影響層（ダメージ層）を除去することで抗折強度を向上させることであるが、本発明は、これに限定されずに、ウェーハ１１を分割予定ライン１４に沿って矩形チップに分断する加工にもドライエッチングを適用することが可能である。
なお、実施形態では、エッチングチャンバー４１の外部においてプラズマ状態のガス４５をエッチングチャンバー４１の内部にガス供給管４３を介して導入する所謂リモートプラズマ方式のエッチング装置を用いる。しかし、本発明では、エッチングチャンバー４１の内部に上部電極からプラズマ前のエッチングガスを供給して、各電極に高周波電力を印加して、エッチングチャンバー４１の内部でエッチングガスをプラズマ化する所謂ダイレクトプラズマ方式のエッチング装置を用いても良い。
以上、説明した実施形態に係るウェーハの加工方法は、ウェーハ１１を環状フレーム１２の開口に粘着テープ１３で固定し、フレームユニット１を準備するフレームユニット準備ステップと、エッチングチャンバー４１内の静電チャックテーブル６（チャックテーブル）で、フレームユニット１のウェーハ１１を粘着テープ１３を介して吸引保持するフレームユニット保持ステップと、環状フレーム１２及び粘着テープ１３の環状領域１３１をカバー部材５で覆い、外部空間から遮蔽する遮蔽ステップと、フレームユニット保持ステップ及び遮蔽ステップ実施後、エッチングチャンバー４１にガス４５を供給し、ウェーハ１１をドライエッチングするドライエッチングステップと、を備える。
このように、ドライエッチング中に環状フレーム１２や粘着テープ１３の環状領域１３１をカバー部材５で覆い外気から遮蔽することで、環状フレーム１２や粘着テープ１３の環状領域１３１がドライエッチングによって変質したりフッ素の残渣が残ったりすることが抑制されるという効果を奏する。例えば、粘着テープ１３にフッ素（Ｆ）が残渣として残るとデバイスの電極を腐食させる恐れがあるが、本実施形態によれば、このデバイスの電極の腐食を抑制することができる。
また、実施形態では、環状フレーム１２は樹脂で形成され、遮蔽ステップでは環状フレーム１２がカバー部材５で覆われるため、環状フレーム１２がドライエッチングによって変色したり、発塵したりすることが抑制されるという効果を奏する。
さらに、ドライエッチングステップとしてプラズマエッチングを実施する場合、分割予定ライン（ストリート）１４として設定される幅を縮小してウェーハ１１毎のデバイスの数を増やすことができ、また、加工時間を短縮することができるという効果を奏する。
なお、実施形態では、フレームユニット保持ステップＳＴ４の後に遮蔽ステップＳＴ５を行う形態を説明したが、遮蔽ステップＳＴ５の後にフレームユニット保持ステップＳＴ４を行っても良い。更には、フレームユニット保持ステップＳＴ４と遮蔽ステップＳＴ５とを同時に行っても良い。
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い。すなわち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
１ フレームユニット
５ カバー部材
６ 静電チャックテーブル（チャックテーブル）
１１ ウェーハ
１２ 環状フレーム
１３ 粘着テープ
１３１ 環状領域
４１ エッチングチャンバー
４５ ガス
ＳＴ１ フレームユニット準備ステップ
ＳＴ４ フレームユニット保持ステップ
ＳＴ５ 遮蔽ステップ
ＳＴ６ ドライエッチングステップ

Claims (3)

  1. ウェーハを環状フレームの開口に粘着テープで固定し、フレームユニットを準備するフレームユニット準備ステップと、
    エッチングチャンバー内のチャックテーブルで、該フレームユニットのウェーハを該粘着テープを介して吸引保持するフレームユニット保持ステップと、
    該環状フレーム及び／又は該環状フレームと該ウェーハとの間で露出する該粘着テープの環状領域をカバー部材で覆い、外部から密閉された密閉空間の内部に該環状フレームと該粘着テープの該環状領域とが収納されて、外部空間から遮蔽し、不活性ガスを該密閉空間の内部に流入させることにより、該密閉空間の内部を陽圧にする遮蔽ステップと、
    該フレームユニット保持ステップ及び該遮蔽ステップ実施後、該エッチングチャンバーにガスを供給し、該ウェーハをドライエッチングするドライエッチングステップと、を備えるウェーハの加工方法。
  2. 該環状フレームは樹脂で形成され、該遮蔽ステップでは該環状フレームが該カバー部材で覆われる請求項１に記載のウェーハの加工方法。
  3. 該ドライエッチングステップでは、該ウェーハにプラズマ状態のガスを供給するプラズマエッチングを実施する請求項１又は２に記載のウェーハの加工方法。
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