JP7520455B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマエッチングによってウェーハを加工するウェーハの加工方法に関する。
デバイスチップの製造工程では、格子状に配列された複数のストリート(分割予定ライン)によって区画された複数の領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハが用いられる。このウェーハをストリートに沿って分割することにより、デバイスをそれぞれ備える複数のデバイスチップが得られる。デバイスチップは、携帯電話、パーソナルコンピュータ等の様々な電子機器に搭載される。
ウェーハの分割には、環状の切削ブレードでウェーハを切削する切削装置が用いられる。切削装置に装着された切削ブレードを回転させてウェーハに切り込ませることにより、ウェーハがストリートに沿って切断される。また、近年では、レーザー加工によってウェーハを分割する技術も着目されている。例えば、ウェーハにレーザービームを照射することにより、ウェーハに溝や改質層等の分割起点がストリートに沿って形成される。分割起点が形成されたウェーハに外力を付与すると、ウェーハが分割起点を起点として破断し、複数のデバイスチップに分割される。
しかしながら、切削加工やレーザー加工によってウェーハを分割すると、ウェーハに加工不良が生じやすい。例えば、切削ブレードでウェーハを分割すると、ウェーハの表面側又は裏面側に欠け(チッピング)が発生することがある。また、ウェーハにレーザー加工を施すと、レーザービームの照射によって生じた熱の影響により、結晶性が局所的に変化した領域(結晶歪み層)や凹凸等が形成されることがある。このような加工不良がウェーハの分割によって得られたデバイスチップに残存すると、デバイスチップの抗折強度(曲げ強度)が低下するという問題がある。
そこで、ウェーハの分割にプラズマエッチングを用いる手法が提案されている。例えば特許文献1には、ウェーハの裏面側にレジスト膜(マスク)を形成し、マスクを介してプラズマ状態のエッチングガスをウェーハに供給することにより、ウェーハをストリートに沿って分割するウェーハの分割方法が開示されている。プラズマエッチングは、切削加工やレーザー加工と比較してウェーハに加工不良を生じさせにくい。そのため、プラズマエッチングによってウェーハを分割することにより、デバイスチップの抗折強度の低下が抑制される。
特開2006-294686号公報
プラズマエッチングによってウェーハを分割する場合には、例えばウェーハの上面側にプラズマ状態のガスが供給され、ストリートに沿って溝が形成される。そして、エッチングが進行して溝がウェーハの下面に達すると、ウェーハがストリートに沿って分割される。そのため、エッチングの条件(エッチング時間、ガスの流量等)は、ウェーハの全域で溝がウェーハの下面に達するように設定される。
ただし、プラズマエッチング中の様々な要因(ガスの流動の偏り、プラズマ密度のばらつき等)に起因して、ウェーハ内でエッチングレートのばらつきが生じることがある。この場合、例えばウェーハの中央部では溝がウェーハの下面に到達するにも関わらず、ウェーハの外周部では溝がウェーハの下面に到達せず、ウェーハの分割が不完全になることがある。そこで、ウェーハの分割の確実性を重視して、ウェーハの最もエッチングされにくい領域においても溝がウェーハの下面に達するようにエッチングの条件が調整される。
しかしながら、上記のようにエッチング条件が設定されると、ウェーハのエッチングレートが高い領域(エッチングが進行しやすい領域)では、溝がウェーハの下面に達した状態からさらにエッチングが継続され、ウェーハの下面側が過剰に加工される。その結果、ウェーハの分割によって得られるデバイスチップの形状の崩れ等が生じ、デバイスチップの品質が低下する。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、プラズマエッチングによってウェーハを適切に分割することが可能なウェーハの加工方法の提供を目的とする。
本発明の一態様によれば、ウェーハの加工方法であって、複数のストリートによって複数の領域に区画された第1の面と、該第1の面と反対側の第2の面とを備える、測定用ウェーハと製品用ウェーハとを準備するウェーハ準備ステップと、該測定用ウェーハの該第1の面側又は該第2の面側に第1のマスクを形成し、該測定用ウェーハの該第1のマスクから露出し該ストリートに対応する第1の領域にプラズマ状態のガスを供給し、該第1の領域を所定の条件でエッチングして溝を形成する測定用エッチングステップと、該測定用エッチングステップの実施後、該測定用ウェーハの中心から外周に至る領域を複数の同心円状のエリアに区画し、該溝の深さを該エリア毎に測定する測定ステップと、該測定ステップの実施後、該溝が浅い該エリアに対応する領域ほど薄くなるように該製品用ウェーハの厚さを調整する厚さ調整ステップと、該厚さ調整ステップの実施後、該製品用ウェーハの該第1の面側又は該第2の面側に第2のマスクを形成し、該製品用ウェーハの第2のマスクから露出し該ストリートに対応する第2の領域にプラズマ状態のガスを供給し、該第2の領域を所定の条件でエッチングするエッチングステップと、を含むウェーハの加工方法が提供される。
なお、好ましくは、該厚さ調整ステップでは、該製品用ウェーハに研削、研磨又はプラズマエッチングを施すことにより、該製品用ウェーハの厚さを調整する。また、好ましくは、該測定用エッチングステップでは、該測定用ウェーハの該プラズマ状態のガスが供給される面と反対側の面側に、該測定用ウェーハを保護する第1の保護部材を配置した状態で、該プラズマ状態のガスを該測定用ウェーハに供給し、該エッチングステップでは、該製品用ウェーハの該プラズマ状態のガスが供給される面と反対側の面側に、該製品用ウェーハを保護する第2の保護部材を配置した状態で、該プラズマ状態のガスを該製品用ウェーハに供給する。
本発明の一態様に係るウェーハの加工方法では、プラズマエッチングによって測定用ウェーハに形成された溝の深さに応じて製品用ウェーハの厚さを調整した後、製品用ウェーハに対してプラズマエッチングを施す。これにより、製品用ウェーハ内のエッチングレートのばらつきが製品用ウェーハの厚さ分布に反映され、製品用ウェーハ内の各領域において分割が完了するタイミングを揃えることができる。これにより、製品用ウェーハ内でエッチングが不完全な領域やエッチングが過剰な領域が発生しにくくなり、製品用ウェーハの適切な分割が実現される。
図1(A)は測定用ウェーハを示す斜視図であり、図1(B)は製品用ウェーハを示す斜視図である。 図2(A)は保護部材が配置された測定用ウェーハを示す斜視図であり、図2(B)は保護部材が配置された製品用ウェーハを示す斜視図である。 図3(A)はマスク層が形成された測定用ウェーハの一部を示す断面図であり、図3(B)はマスクが形成された測定用ウェーハの一部を示す断面図である。 プラズマ処理装置を示す断面模式図である。 プラズマ状態のガスが供給される測定用ウェーハの一部を示す断面図である。 図6(A)はプラズマエッチング後の測定用ウェーハの中央部を示す断面図であり、図6(B)はプラズマエッチング後の測定用ウェーハの外周部を示す断面図である。 溝が形成された測定用ウェーハを示す断面図である。 研削装置を示す一部断面正面図である。 チャックテーブルを示す断面図である。 図10(A)はチャックテーブルが第1の方向に傾いた状態で研削された製品用ウェーハを示す断面図であり、図10(B)はチャックテーブルが第2の方向に傾いた状態で研削された製品用ウェーハを示す断面図である。 図11(A)はエッチングステップにおける製品用ウェーハの一部を示す断面図であり、図11(B)はプラズマエッチング後の製品用ウェーハの一部を示す断面図である。
以下、添付図面を参照して本実施形態を説明する。まず、本実施形態に係るウェーハの加工方法で使用可能なウェーハの構成例について説明する。本実施形態においては、実際の製品の製造に用いられる製品用ウェーハと、製品用ウェーハの加工条件の選定に用いられる測定用ウェーハとを用いる。
図1(A)は、ウェーハ(測定用ウェーハ)11を示す斜視図である。ウェーハ11は、後述の製品用ウェーハ(図1(B)参照)の加工条件の選定に用いられる測定用ウェーハ(テスト用ウェーハ)である。例えばウェーハ11は、シリコン等の半導体でなる円盤状の基板であり、表面(第1の面)11aと、表面11aとは反対側の裏面(第2の面)11bとを備える。
ウェーハ11の表面11a側は、互いに交差するように格子状に配列された複数のストリート(分割予定ライン)13によって、複数の矩形状の領域に区画されている。そして、ストリート13によって区画された領域にはそれぞれ、IC(Integrated Circuit)、LSI(Large Scale Integration)、LED(Light Emitting Diode)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等のデバイス15が形成されている。
なお、ウェーハ11の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。例えばウェーハ11は、シリコン以外の半導体(GaAs、InP、GaN、SiC等)、サファイア、ガラス、セラミックス、樹脂、金属等でなる基板であってもよい。また、デバイス15の種類、数量、形状、構造、大きさ、配置等にも制限はない。
図1(B)は、ウェーハ(製品用ウェーハ)31を示す斜視図である。ウェーハ31は、実際の製品(デバイスチップ等)の製造に用いられる製品用ウェーハであり、ウェーハ11(図1(A)参照)と同様の構成を有する。
具体的には、ウェーハ31は、表面(第1の面)31aと、表面31aとは反対側の裏面(第2の面)31bとを備える。ウェーハ31の表面31a側は、互いに交差するように格子状に配列された複数のストリート(分割予定ライン)33によって、複数の矩形状の領域に区画されている。そして、ストリート33によって区画された領域にはそれぞれ、デバイス35が形成されている。なお、ウェーハ31の材質等は、ウェーハ11と同様である。また、ウェーハ31に形成されたデバイス35の種類等は、ウェーハ11に形成されたデバイス15と同様である。
例えば、ウェーハ31を加工してストリート33に沿って分割することにより、デバイス35をそれぞれ備える複数のデバイスチップが製造される。そして、ウェーハ31を加工する際の加工条件が、ウェーハ11を用いた試験の結果に基づいて選定される。以下、本実施形態に係るウェーハの加工方法の具体例について説明する。
まず、測定用ウェーハと製品用ウェーハとを準備する(ウェーハ準備ステップ)。例えばウェーハ準備ステップでは、図1(A)に示すウェーハ11と、図1(B)に示すウェーハ31とを形成する。
後述の通り、ウェーハ11はウェーハ31の加工条件の選定に用いられるため、ウェーハ11はウェーハ31と類似の構成を有することが好ましい。具体的には、ウェーハ11とウェーハ31とは同一の材質でなることが好ましい。また、ストリート13の本数とストリート33の本数とは等しいことが好ましく、ストリート13の幅とストリート33の幅とは概ね同一であることが好ましい。さらに、ウェーハ11に形成されたデバイス15の寸法及び間隔と、ウェーハ31に形成されたデバイス35の寸法及び間隔とは、概ね同一であることが好ましい。
ただし、ウェーハ11の構成は、ウェーハ31の加工条件を適切に選定可能な範囲内で、ウェーハ31の構成と異なっていてもよい。例えば、ウェーハ11は実際のデバイスチップの製造には用いられないため、必ずしもウェーハ11にはデバイス15が形成されていなくてもよい。
ウェーハ11及びウェーハ31に対しては、後の工程でプラズマエッチングが施される。そこで、ウェーハ11の表面11a側又は裏面11b側には、ウェーハ11を保護する保護部材が設けられる。同様に、ウェーハ31の表面31a側又は裏面31b側には、ウェーハ31を保護する保護部材が設けられる。
図2(A)は、保護部材(第1の保護部材)17が配置されたウェーハ11を示す斜視図である。例えば、ウェーハ11の表面11a側に、ウェーハ11よりも径が大きい円形の保護部材17が固定される。これにより、ウェーハ11の表面11a側及び複数のデバイス15が保護部材17によって覆われて保護される。
保護部材17としては、例えばフィルム状のテープが用いられる。このテープは、円形の基材と、基材上に設けられた粘着層(糊層)とを含む。例えば、基材はポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタラート等の樹脂でなり、粘着層はエポキシ系、アクリル系、又はゴム系の接着剤等でなる。また、粘着層には、紫外線の照射によって硬化する紫外線硬化型の樹脂を用いてもよい。
保護部材17の外周部は、金属等でなる環状のフレーム19に貼付される。フレーム19の中央部には、ウェーハ11よりも径が大きい円形の開口19aが設けられている。ウェーハ11は、開口19aの内側に配置されるように、保護部材17の中央部に貼付される。これにより、ウェーハ11が保護部材17を介してフレーム19によって支持され、ウェーハ11の取り扱い(搬送、保持等)が容易になる。
図2(B)は、保護部材(第2の保護部材)37が配置されたウェーハ31を示す斜視図である。例えば、ウェーハ31の表面31a側に、ウェーハ31よりも径が大きい円形の保護部材37が固定される。これにより、ウェーハ31の表面31a側及び複数のデバイス35が保護部材37によって覆われて保護される。
また、保護部材37の外周部は、金属等でなる環状のフレーム39に貼付される。フレーム39の中央部には、ウェーハ31よりも径が大きい円形の開口39aが設けられている。ウェーハ31は、開口39aの内側に配置されるように、保護部材37の中央部に貼付される。これにより、ウェーハ31が保護部材37を介してフレーム39によって支持される。なお、保護部材37の形状、構造、材質等は、保護部材17と同様である。また、フレーム39の形状、構造、材質等は、フレーム19と同様である。
ウェーハ11及びウェーハ31を形成するタイミングは、適宜選択できる。具体的には、ウェーハ11は後述の測定用エッチングステップの直前までに準備されればよく、ウェーハ31は後述の厚さ調整ステップの直前までに準備されればよい。
次に、ウェーハ11のストリート13に対応する領域にプラズマ状態のガスを供給し、ウェーハ11に溝を形成する(測定用エッチングステップ)。測定用エッチングステップでは、ウェーハ11にプラズマエッチングを施すことにより、ウェーハ11をストリート13に沿ってエッチングする。以下では一例として、ウェーハ11の裏面11b側にプラズマ状態のガスを供給することによってウェーハ11をエッチングする場合について説明する。
測定用エッチングステップでは、まず、ウェーハ11の裏面11b側にプラズマエッチングのためのマスク23(図3(B)参照)を形成する。例えばマスク23は、ウェーハ11の裏面11b側にマスク層21(図3(A)参照)を形成した後、マスク層21のストリート13に対応する領域を除去することによって形成される。
図3(A)は、マスク層21が形成されたウェーハ11の一部を示す断面図である。マスク層21は、プラズマエッチングの際のマスクとして機能する材質でなり、ウェーハ11の裏面11bの全体を被覆するように形成される。例えばマスク層21として、PVA(ポリビニルアルコール)、PEG(ポリエチレングリコール)等の水溶性の樹脂を用いることができる。
次に、マスク層21のうちストリート13に対応する領域を除去する。例えば、マスク層21にレーザービームをストリート13に沿って照射することにより、マスク層21がストリート13に沿って除去される。この場合、レーザービームの照射条件(波長、パワー、スポット径、繰り返し周波数等)は、レーザービームがマスク層21に照射された際にマスク層21にアブレーション加工が施されるように設定される。そして、全てのストリート13に沿ってマスク層21を除去すると、マスク層21にはウェーハ11の裏面11bの一部を露出させる格子状の開口が形成される。
図3(B)は、マスク(第1のマスク)23が形成されたウェーハ11の一部を示す断面図である。マスク層21のパターニングにより、ウェーハ11の裏面11b側のうちストリート13に対応する領域(ストリート13と重なる領域)を露出させ、且つ、ウェーハ11の裏面11b側のうちデバイス15に対応する領域(デバイス15と重なる領域)を覆うマスク23が形成される。
なお、マスク23の材質や形成方法に制限はない。例えば、マスク層21として感光性の樹脂でなるレジストを用い、マスク層21を露光してパターニングすることによってマスク23を形成してもよい。
次に、ウェーハ11のうちマスク23から露出しストリート13に対応する領域にプラズマ状態のガスを供給し、該領域を所定の条件でエッチングする。ウェーハ11のエッチングには、例えばプラズマ処理装置が用いられる。図4は、プラズマ処理装置10を示す断面模式図である。
プラズマ処理装置10は、直方体状のチャンバー12を備える。チャンバー12は、底壁12aと、上壁12bと、第1の側壁12cと、第2の側壁12dと、第3の側壁12eと、第4の側壁(不図示)とを含む。チャンバー12の内部は、プラズマ処理が実施される処理空間14に相当する。
第2の側壁12dには、ウェーハ11の搬入及び搬出のための開口16が設けられている。開口16の外側には、開口16を開閉するゲート(開閉扉)18が設けられている。ゲート18は開閉機構20に接続されており、開閉機構20はゲート18を鉛直方向(上下方向)に沿って移動させる。例えば開閉機構20は、ピストンロッド24を備えるエアシリンダ22によって構成される。ピストンロッド24の上端部は、ゲート18の下部に連結されている。また、エアシリンダ22はブラケット26を介してチャンバー12の底壁12aに固定されている。
開閉機構20でゲート18を下降させると、開口16が露出する。これにより、開口16を介してウェーハ11を処理空間14に搬入し、又は、開口16を介してウェーハ11を処理空間14から搬出することが可能となる。
また、チャンバー12の底壁12aには、チャンバー12の内部と外部とを接続する排気口28が形成されている。排気口28には、処理空間14を減圧するための排気機構30が接続されている。排気機構30は、例えば真空ポンプによって構成される。
処理空間14には、下部電極32と上部電極34とが互いに対向するように配置されている。下部電極32は導電性の材料でなり、円盤状の保持部36と、保持部36の下面の中央部から下方に向かって突出する円柱状の支持部38とを含む。
支持部38は、チャンバー12の底壁12aに形成された開口40に挿入されている。開口40内の底壁12aと支持部38との間には、環状の絶縁部材42が配置されており、絶縁部材42によってチャンバー12と下部電極32とが絶縁されている。また、下部電極32は、チャンバー12の外部で高周波電源44に接続されている。
保持部36の上面側には凹部が形成されており、この凹部には、ウェーハ11を保持する円盤状のテーブル46が設けられている。テーブル46の上面は、ウェーハ11を保持する保持面46aを構成する。保持面46aは、テーブル46の内部に形成された流路(不図示)と、下部電極32の内部に形成された流路48とを介して、エジェクタ等の吸引源50に接続されている。
また、保持部36の内部には、冷却流路52が形成されている。冷却流路52の一端側は、支持部38に形成された冷媒導入路54を介して冷媒循環機構56に接続されている。また、冷却流路52の他端側は、支持部38に形成された冷媒排出路58を介して冷媒循環機構56に接続されている。冷媒循環機構56を作動させると、冷媒が冷媒導入路54、冷却流路52、冷媒排出路58を順に流れ、下部電極32が冷却される。
上部電極34は、導電性の材料でなり、円盤状のガス噴出部60と、ガス噴出部60の上面の中央部から上方に向かって突出する円柱状の支持部62とを含む。支持部62は、チャンバー12の上壁12bに形成された開口64に挿入されている。開口64内の上壁12bと支持部62との間には、環状の絶縁部材66が配置されており、絶縁部材66によってチャンバー12と上部電極34とが絶縁されている。また、上部電極34は、チャンバー12の外部で高周波電源68と接続されている。
支持部62の上端部には、昇降機構70と連結された支持アーム72が装着されている。昇降機構70及び支持アーム72によって、上部電極34は鉛直方向(上下方向)に沿って移動(昇降)する。
ガス噴出部60の下面側には、複数の噴出口74が設けられている。この噴出口74は、ガス噴出部60の内部に形成されている流路76と、支持部62の内部に形成されている流路78とを介して、第1ガス供給源80及び第2ガス供給源82に接続されている。第1ガス供給源80と第2ガス供給源82とは、互いに異なる成分のガスを流路78に供給できる。
プラズマ処理装置10の各構成要素(開閉機構20、排気機構30、高周波電源44、吸引源50、冷媒循環機構56、高周波電源68、昇降機構70、第1ガス供給源80、第2ガス供給源82等)は、プラズマ処理装置10を制御する制御部(制御ユニット、制御装置)84に接続されている。制御部84は、プラズマ処理装置10の構成要素それぞれの動作を制御する。
例えば制御部84は、コンピュータによって構成され、プラズマ処理装置10の稼働に必要な演算を行う演算部と、演算部による演算に用いられる各種の情報(データ、プログラム等)が記憶される記憶部とを含む。演算部は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを含んで構成される。また、記憶部は、主記憶装置、補助記憶装置等を構成する各種のメモリを含んで構成される。記憶部に記憶されたプログラムを演算部によって実行することにより、プラズマ処理装置10の構成要素を制御するための制御信号が生成される。
プラズマ処理装置10によってウェーハ11にプラズマエッチングを施す際は、まず、開閉機構20でプラズマ処理装置10のゲート18を下降させて、開口16を露出させる。そして、搬送機構(不図示)によって、開口16を介してウェーハ11をチャンバー12の処理空間14に搬入し、テーブル46上に配置する。このときウェーハ11は、裏面11b側(マスク23側)が上方(上部電極34側)に露出するように配置される。なお、ウェーハ11の搬入時には、昇降機構70で上部電極34を上昇させ、下部電極32と上部電極34との間隔を広げておくことが好ましい。
次に、テーブル46の保持面46aに吸引源50の負圧を作用させ、ウェーハ11をテーブル46によって吸引保持する。また、開閉機構20でゲート18を上昇させて開口16を閉じ、処理空間14を密閉する。さらに、上部電極34と下部電極32とがプラズマ処理に適した所定の位置関係となるように、昇降機構70で上部電極34の高さ位置を調節する。そして、排気機構30を作動させて、処理空間14を減圧状態(例えば、50Pa以上300Pa以下)とする。
なお、処理空間14が減圧された際にウェーハ11を吸引源50の負圧によってテーブル46上で保持することが困難になる場合は、ウェーハ11を電気的な力(代表的には静電引力)等によってテーブル46上に保持する。例えば、テーブル46の内部には複数の電極が埋め込まれている。この電極に所定の電圧を印加することにより、テーブル46とウェーハ11との間にクーロン力を作用させ、ウェーハ11をテーブル46に吸着させることができる。すなわち、テーブル46は静電チャックテーブルとして機能する。
そして、第1ガス供給源80又は第2ガス供給源82から、流路78、流路76、複数の噴出口74を介して、下部電極32と上部電極34との間にエッチング用のガス(エッチングガス)を供給する。また、下部電極32及び上部電極34に、所定の高周波電力(例えば、1000W以上3000W以下)を付与する。その結果、下部電極32と上部電極34との間に存在するガスが、イオンやラジカルを含むプラズマ状態となる。そして、プラズマ状態のガスがウェーハ11の裏面11b側に供給される。
図5は、プラズマ状態のガス90が供給されるウェーハ11の一部を示す断面図である。プラズマ状態のガス90は、ウェーハ11の裏面11b側のうちマスク23によって覆われていない領域(第1の領域)11cに供給される。領域11cは、マスク23から露出し、ストリート13に対応する領域(ストリート13と重なる領域)に相当する。その結果、領域11cにプラズマエッチングが施される。
なお、測定用エッチングステップでは、ウェーハ11のガス90が供給される面(裏面11b)とは反対側の面(表面11a)側に保護部材17が配置された状態で、ガス90がウェーハ11に供給される。また、ガス90の成分は、ウェーハ11の材質に応じて適宜選択される。例えば、ウェーハ11がシリコンウェーハである場合には、CF、SF等のフッ素系のガスを含むガス90を用いることができる。
図6(A)はプラズマエッチング後のウェーハ11の中央部を示す断面図であり、図6(B)はプラズマエッチング後のウェーハ11の外周部を示す断面図である。マスク23を介してプラズマ状態のガス90がウェーハ11の裏面11b側に供給されると、領域11cがエッチングされる。これにより、領域11cにはウェーハ11の裏面11bから表面11a側に向かって溝11dが形成される。
プラズマエッチングの条件(エッチング時間、ガスの流量、高周波電力、処理空間14の圧力等)は、例えば、後の工程においてウェーハ31を分割する際(図11(A)及び図11(B)参照)におけるプラズマエッチングの条件と同一に設定される。また、ウェーハ11として、ウェーハ31よりも厚いウェーハが用いられる。その結果、ウェーハ11の裏面11b側には、表面11aに達しない溝11dがストリート13に沿って形成される。
なお、プラズマ処理装置10によってウェーハ11にプラズマエッチングを施す際には、様々な要因(ガスの流動の偏り、プラズマ密度のばらつき等)に起因して、ウェーハ11内でエッチングレートのばらつきが生じ得る。例えば、ウェーハ11の中央ではエッチングが進行しやすく、ウェーハ11の外周部ではエッチングが進行しにくいことがある。この場合、ウェーハ11の中央部に形成された溝11d(図6(A)参照)よりも、ウェーハ11の外周部に形成された溝11d(図6(B)参照)の方が浅くなる。
そして、ウェーハ11に対するプラズマエッチングが完了した後、ウェーハ11からマスク23を除去する。なお、マスク23が水溶性の樹脂でなる場合には、ウェーハ11の裏面11b側に純水等を供給することにより、マスク23を容易に除去できる。
次に、ウェーハ11の中心から外周に至る領域を複数の同心円状のエリアに区画し、溝11dの深さをエリア毎に測定する(測定ステップ)。測定ステップでは、ストリート13に沿って溝11dが格子状に形成されたウェーハ11が用いられる。
図7は、溝11dが形成されたウェーハ11を示す断面図である。前述の測定用エッチングステップにおいてウェーハ11のエッチングレートにばらつきがあると、ウェーハ11には深さの異なる複数の溝11dが形成される。例えば図7に示すように、ウェーハ11の中心に近い領域ほど深い溝11dが形成され、ウェーハ11の外周に近い領域ほど浅い溝11dが形成される。
測定ステップでは、まず、前述の測定用エッチングステップの実施後のウェーハ11を、一のストリート13に沿って切断する。これにより、図7に示すようなウェーハ11の断面が観察可能になる。そして、ウェーハ11の中心から外周に至る領域を複数のエリアに区画する。
例えばウェーハ11は、ウェーハ11の中心を含む円形のエリアAと、エリアAを囲む複数の環状のエリアA,A,A,Aとに区画される。なお、エリアA~Aは同心円状に設定され、エリアA~Aの径は順に大きくなるように設定される。また、エリアAの半径とエリアA~Aの幅とは、例えば概ね同一に設定される。
ただし、ウェーハ11を区画するエリアの数及び径(幅)に制限はない。すなわち、ウェーハ11は、エリアAと、エリアAを囲むように設定され互いに径が異なる任意の数の環状のエリアとに区画できる。
次に、溝11dの深さをエリアA~A毎に測定する。溝11dの測定は、例えば、ウェーハ11の断面を撮像することによって画像を取得し、その画像に表されている溝11dの深さを実測することによって行われる。なお、1つのエリアに複数の溝11dが含まれる場合には、任意の1本の溝11dの深さを測定してもよいし、エリアに含まれる複数の溝11dの深さを測定して平均値を算出してもよい。そして、エリア毎の溝11dの深さが記録される。
溝11dの深さは、プラズマ処理装置10(図4)でウェーハ11にプラズマエッチングを施した際のエッチングレートに対応している。すなわち、溝11dが深いエリアほどエッチングが進行しやすく、エッチングレートが高い。したがって、測定ステップを実施すると、ウェーハ11内におけるエッチングレートのばらつきの分布を確認できる。
次に、製品用ウェーハをプラズマエッチングによって加工する。例えば、ウェーハ31(図2(B)参照)をストリート33に沿ってエッチングして分割することにより、デバイス35をそれぞれ備える複数のデバイスチップが得られる。ウェーハ31のエッチングには、プラズマ処理装置10(図4)が用いられる。
ただし、ウェーハ31にプラズマエッチングを施す際に、ウェーハ31内でエッチングレートにばらつきがあると、ウェーハ31が適切に分割されにくい。例えば、ウェーハ31の外周部のエッチングレートがウェーハ31の中央部のエッチングレートよりも低い場合(図6(A)及び図6(B)参照)、ウェーハ31の外周部において分割が不完全になりやすい。一方、ウェーハ31の外周部においても確実に分割が完了するように加工条件を変更すると、ウェーハ31の中央部では分割が完了した後もエッチングが継続され、過剰な加工によるデバイスチップの品質低下が生じ得る。
そこで、本実施形態では、まず、上記の測定ステップにおける測定の結果に基づいて、ウェーハ31の厚さを調整する(厚さ調整ステップ)。具体的には、プラズマエッチングの実施前にウェーハ31を加工することにより、エッチングレートが高い領域(エッチングが進行しやすい領域)ほど厚く、エッチングレートが低い領域(エッチングが進行しにくい領域)ほど薄くなるように、ウェーハ31の厚さを調整する。
厚さ調節ステップでは、まず、ウェーハ31の中心から外周に至る領域を複数の同心円状のエリアに区画する。具体的には、ウェーハ31をウェーハ11(図7参照)と同様に、エリアA~Aに区画する。なお、ウェーハ31のエリアA~Aの寸法(径及び幅)は、ウェーハ11のエリアA~Aの寸法と同一である。
次に、ウェーハ31のうち、前述の測定ステップにおいて測定された溝11d(図7参照)の深さが小さい(浅い)エリアに対応する領域ほど薄くなるように、ウェーハ31の厚さを調整する。具体的には、図7に示すように、ウェーハ11の中心に近いエリアほど溝11dが深く、ウェーハ11の外周に近いエリアほど溝11dが浅い。そこで、ウェーハ31は、中央部(エリアA)から外周部(エリアA)に向かって徐々に薄くなるように加工される。
ウェーハ31の厚さの調整には、例えば研削装置が用いられる。図8は、研削装置100を示す一部断面正面図である。研削装置100は、ウェーハ31を保持するチャックテーブル(保持テーブル)102と、チャックテーブル102によって保持されたウェーハ31を研削する研削ユニット106を備える。
チャックテーブル102の上面は、ウェーハ31を保持する平坦な保持面102aを構成する。保持面102aは、チャックテーブル102の内部に形成された流路102b(図9参照)、バルブ(不図示)等を介して、エジェクタ等の吸引源(不図示)に接続されている。
チャックテーブル102には、チャックテーブル102を水平方向に沿って移動させるボールねじ式の移動機構(不図示)と、チャックテーブル102を鉛直方向と概ね平行な回転軸の周りで回転させるモータ等の回転駆動源(不図示)とが接続されている。また、チャックテーブル102の周囲には、ウェーハ31を支持するフレーム39を把持して固定する複数のクランプ104が設けられている。
チャックテーブル102の上方には、研削ユニット106が配置されている。研削ユニット106は、鉛直方向に沿って配置された円筒状のスピンドル108を備える。スピンドル108の先端部(下端部)には、円盤状のマウント110が固定されている。また、スピンドル108の基端部(上端部)には、スピンドル108を回転させるモータ等の回転駆動源(不図示)が接続されている。
マウント110の下面側には、ウェーハ31を研削する研削ホイール112が装着される。研削ホイール112は、ステンレス、アルミニウム等の金属でなりマウント110と概ね同径に形成された環状の基台114を備える。また、基台114の下面側には、複数の研削砥石116が固定されている。例えば、複数の研削砥石116は直方体状に形成され、基台114の外周に沿って概ね等間隔に配列されている。
研削ホイール112は、回転駆動源からスピンドル108及びマウント110を介して伝達される動力により、鉛直方向と概ね平行な回転軸の周りを回転する。また、研削ユニット106にはボールねじ式の移動機構(不図示)が接続されており、この移動機構は研削ユニット106を鉛直方向に沿って昇降させる。さらに、研削ユニット106の近傍には、チャックテーブル102によって保持されたウェーハ31と複数の研削砥石116とに純水等の研削液120を供給するノズル118が設けられている。
ウェーハ31を研削する際は、まず、ウェーハ31をチャックテーブル102によって保持する。具体的には、ウェーハ31は、表面31a側(保護部材37側)が保持面102aに対面し、裏面31b側が上方に露出するように、チャックテーブル102上に配置される。また、複数のクランプ104によってフレーム39を把持して固定する。この状態で、保持面102aに吸引源の負圧を作用させると、ウェーハ31が保護部材37を介してチャックテーブル102によって吸引保持される。
次に、チャックテーブル102を研削ユニット106の下方に移動させる。そして、チャックテーブル102と研削ホイール112とをそれぞれ所定の方向に所定の回転数で回転させながら、研削ホイール112をチャックテーブル102に向かって下降させる。このときの研削ホイール112の下降速度は、複数の研削砥石116が適切な力でウェーハ31に押し当てられるように調整される。
回転する複数の研削砥石116がウェーハ31の裏面31b側に接触すると、ウェーハ31の裏面31b側が削り取られる。これにより、ウェーハ31が研削されて薄化される。また、ウェーハ31の研削中にノズル118から供給される研削液120によって、ウェーハ31及び研削砥石116が冷却されるとともに、ウェーハ31の研削によって生じた屑(研削屑)が洗い流される。そして、ウェーハ31が所定の厚さ(仕上げ厚さ)になるまで薄化されると、ウェーハ31の研削が停止される。
ここで、ウェーハ31を研削装置100で研削する際、チャックテーブル102の角度を調整することにより、研削後のウェーハ31の形状を制御できる。図9は、チャックテーブル102を示す断面図である。
チャックテーブル102の上面側には円形の凹部が形成されており、この凹部にはポーラスセラミックス等のポーラス材でなる円盤状の保持部材(吸引部材)102cが嵌め込まれている。保持部材102cは、流路102bを介して吸引源(不図示)に接続されている。また、保持部材102cの上面は、チャックテーブル102の保持面102aを構成している。
保持部材102cは、その厚さが外周縁から中心に向かって増加するように形成されている。すなわち、保持部材102cの上面(保持面102a)は、その中心を頂点とする山形状に形成されている。なお、図10では説明の便宜上、保持部材102cの傾斜を誇張して示している。例えば、保持部材102cの直径が290mm以上310mm以下程度である場合には、保持部材102cの上面の中心の高さ位置(保持部材102cの厚さ方向における位置)と、保持部材102cの上面の外周縁の高さ位置との差は、10μm以上20μm以下程度に設定される。
そして、チャックテーブル102は、保持面102aのうち研削砥石116(図8参照)と重なる領域102dが、研削砥石116の下面(水平方向)と平行になるように、僅かに傾いた状態で配置される。そして、チャックテーブル102は、保持部材102cの厚さ方向と概ね平行な回転軸の周りを回転する。このとき、保持部材102cの中心位置は、チャックテーブル102の回転軸の位置と一致する。そして、ウェーハ31は保持面102aに沿って僅かに湾曲した状態でチャックテーブル102によって吸引保持され、研削砥石116によって研削される。
ここで、チャックテーブル102は、傾き角度を変更可能に構成されている。具体的には、チャックテーブル102は、回転軸を第1の方向(矢印Bで示す方向)と第2の方向(矢印Cで示す方向)とに傾斜させることができる。そして、チャックテーブル102の傾きを調整することにより、研削後のウェーハ31の形状を制御できる。図10(A)はチャックテーブル102が第1の方向に傾いた状態で研削されたウェーハ31を示す断面図であり、図10(B)はチャックテーブル102が第2の方向に傾いた状態で研削されたウェーハ31を示す断面図である。
チャックテーブル102を第1の方向(図9の矢印B参照)に傾け、領域102dにおいて保持面102aの中央部を外周部よりも僅かに下方に配置した状態でウェーハ31を研削すると、ウェーハ31の外周部が優先的に研削される。その結果、図10(A)に示すように、ウェーハ31は外周部から中央部に向かって徐々に厚くなり、裏面31bが上に凸型となるように研削される。
一方、チャックテーブル102を第2の方向(図9の矢印C参照)に傾け、領域102dにおいて保持面102aの中央部を外周部よりも僅かに上方に配置した状態でウェーハ31を研削すると、ウェーハ31の中央部が優先的に研削される。その結果、図10(B)に示すように、ウェーハ31は外周部から中央部に向かって徐々に薄くなり、裏面31bが下に凸型となるように研削される。
厚さ調整ステップでは、ウェーハ11の溝11d(図7参照)が浅いエリアに対応する領域ほど薄く、ウェーハ11の溝11dが深いエリアに対応する領域ほど厚くなるように、ウェーハ31を研削する。具体的には、ウェーハ11においては、外周に近いエリアほどエッチングレートが低く、溝11dが浅い。また、ウェーハ31はウェーハ11と同一又は類似の材質でなり、ウェーハ31のエッチングレートのばらつきの分布はウェーハ11と同様の傾向を示す。そこで、研削装置100のチャックテーブル102を第1の方向(図9の矢印B参照)に傾けてウェーハ31を研削する。これにより、エッチングレートが高い領域(中央部)が厚く、エッチングレートが低い領域(外周部)が薄いウェーハ31が得られる(図10(A)参照)。
なお、ウェーハ31の厚さの調整方法に制限はない。例えば、研削装置100に変えて研磨装置を用いることにより、ウェーハ31の厚さを調整してもよい。研磨装置は、ウェーハ31を保持するチャックテーブル(保持テーブル)と、ウェーハ31を研磨する研磨パッドが装着される研磨ユニットとを備える。例えば研磨パッドは、不織布や発泡ウレタンに砥粒(固定砥粒)を分散させることによって形成された円盤状の研磨層を備える。研磨層の砥粒としては、例えば粒径が0.1μm以上10μm以下程度のシリカを用いることができる。
ウェーハ31及び研磨パッドに研磨液を供給しながら、チャックテーブルと研磨パッドとを回転させ、研磨パッドの研磨層をウェーハ31に押し付けることにより、ウェーハ31が研磨される。このとき、研削装置100を用いる場合と同様に、研磨装置のチャックテーブルの傾き角度を調整することにより(図9参照)、研磨後のウェーハ31の厚さを制御できる(図10(A)及び図10(B)参照)。
さらに、厚さ調整ステップでは、プラズマ処理装置10(図4参照)を用いてウェーハ31の全体をエッチングすることにより、ウェーハ31の厚さを調整してもよい。この場合には、プラズマエッチングを実施する際のウェーハ31の位置やエッチングの条件を適宜調整することにより、ウェーハ31を所望の形状に加工できる。
次に、ウェーハ31のストリート33に対応する領域にプラズマ状態のガスを供給し、ウェーハ11をエッチングする(エッチングステップ)。図11(A)は、エッチングステップにおけるウェーハ31の一部を示す断面図である。以下では一例として、ウェーハ31の裏面31b側にプラズマ状態のガスを供給することによってウェーハ31をエッチングする場合について説明する。
エッチングステップでは、まず、ウェーハ31の裏面31b側にプラズマエッチングのためのマスク(第2のマスク)41を形成する。マスク41は、ウェーハ31の裏面31b側のうちストリート33に対応する領域(ストリート33と重なる領域)を露出させ、且つ、ウェーハ31の裏面31b側のうちデバイス35に対応する領域(デバイス35と重なる領域)を覆うように形成される。なお、マスク41の材質や形成方法は、マスク23(図3(B)参照)と同様である。
次に、ウェーハ31のうちマスク41から露出しストリート33に対応する領域にプラズマ状態のガスを供給し、該領域を所定の条件でエッチングする。ウェーハ31のエッチングには、プラズマ処理装置10(図4参照)を用いることができる。プラズマ処理装置10によってウェーハ31にプラズマエッチングを施す際の手順は、測定用エッチングステップ(図5参照)と同様である。
プラズマ状態のガス90は、ウェーハ31の裏面31b側のうちマスク41によって覆われていない領域(第2の領域)31cに供給される。領域31cは、マスク41から露出し、ストリート33に対応する領域(ストリート33と重なる領域)に相当する。
エッチングステップでは、ウェーハ31のガス90が供給される面(裏面31b)とは反対側の面(表面31a)側に保護部材37が配置された状態で、ガス90がウェーハ11に供給される。そして、ウェーハ31の領域31cがエッチングされ、領域31cにはウェーハ31の裏面31bから表面31a側に向かって溝が形成される。
ウェーハ31の裏面31b側に形成された溝がウェーハ31の表面31aに達するまでプラズマエッチングを継続すると、ウェーハ31の領域31cが除去される。図11(B)は、プラズマエッチング後のウェーハ31の一部を示す断面図である。これにより、ウェーハ31はストリート33に沿って分割され、デバイス35をそれぞれ備える複数のデバイスチップ43が得られる。
上記のエッチングステップが実施される際、ウェーハ31は、エッチングレートが高い領域(中央部)ほど厚く、エッチングレートが低い領域(外周部)ほど薄い状態となっている(図10(A)参照)。そのため、ウェーハ31の中央部と外周部とで溝がウェーハ31の表面31aに到達するタイミングのずれが低減される。これにより、ウェーハ31の中心部における過剰なエッチングを回避しつつ、ウェーハ31の全体を適切に分割することが可能となる。
以上の通り、本実施形態に係るウェーハの加工方法では、プラズマエッチングによってウェーハ11に形成された溝11dの深さに応じてウェーハ31の厚さを調整した後、ウェーハ31に対してプラズマエッチングを施す。これにより、ウェーハ31内のエッチングレートのばらつきがウェーハ31の厚さ分布に反映され、ウェーハ31内の各領域において分割が完了するタイミングを揃えることができる。これにより、ウェーハ31内でエッチングが不完全な領域やエッチングが過剰な領域が発生しにくくなり、ウェーハ31の適切な分割が実現される。
なお、上記の実施形態においては、ウェーハ11に対してプラズマエッチングが施される際、マスク23がウェーハ11の裏面11b側に形成される例について説明した(図3(B)参照)。ただし、マスク23はウェーハ11の表面11a側に形成されてもよい。この場合には、保護部材17がウェーハ11の裏面11b側に設けられた状態で、プラズマ状態のガス90がマスク23を介してウェーハ11の表面11a側に供給される。
同様に、ウェーハ31に対してプラズマエッチングが施される際、マスク41(図11(A)参照)はウェーハ31の表面31a側に形成されてもよい。この場合には、保護部材37がウェーハ31の裏面31b側に設けられた状態で、プラズマ状態のガス90がマスク41を介してウェーハ31の表面31a側に供給される。
その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
11 ウェーハ(測定用ウェーハ)
11a 表面(第1の面)
11b 裏面(第2の面)
11c 領域(第1の領域)
11d 溝
13 ストリート(分割予定ライン)
15 デバイス
17 保護部材(第1の保護部材)
19 フレーム
19a 開口
21 マスク層
23 マスク(第1のマスク)
31 ウェーハ(製品用ウェーハ)
31a 表面(第1の面)
31b 裏面(第2の面)
31c 領域(第2の領域)
33 ストリート(分割予定ライン)
35 デバイス
37 保護部材(第2の保護部材)
39 フレーム
39a 開口
41 マスク(第2のマスク)
43 デバイスチップ
10 プラズマ処理装置
12 チャンバー
12a 底壁
12b 上壁
12c 第1の側壁
12d 第2の側壁
12e 第3の側壁
14 処理空間
16 開口
18 ゲート(開閉扉)
20 開閉機構
22 エアシリンダ
24 ピストンロッド
26 ブラケット
28 排気口
30 排気機構
32 下部電極
34 上部電極
36 保持部
38 支持部
40 開口
42 絶縁部材
44 高周波電源
46 テーブル
46a 保持面
48 流路
50 吸引源
52 冷却流路
54 冷媒導入路
56 冷媒循環機構
58 冷媒排出路
60 ガス噴出部
62 支持部
64 開口
66 絶縁部材
68 高周波電源
70 昇降機構
72 支持アーム
74 噴出口
76 流路
78 流路
80 第1ガス供給源
82 第2ガス供給源
84 制御部(制御ユニット)
90 ガス
100 研削装置
102 チャックテーブル(保持テーブル)
102a 保持面
102b 流路
102c 保持部材(吸引部材)
102d 領域
104 クランプ
106 研削ユニット
108 スピンドル
110 マウント
112 研削ホイール
114 基台
116 研削砥石
118 ノズル
120 研削液

Claims (3)

  1. ウェーハの加工方法であって、
    複数のストリートによって複数の領域に区画された第1の面と、該第1の面と反対側の第2の面とを備える、測定用ウェーハと製品用ウェーハとを準備するウェーハ準備ステップと、
    該測定用ウェーハの該第1の面側又は該第2の面側に第1のマスクを形成し、該測定用ウェーハの該第1のマスクから露出し該ストリートに対応する第1の領域にプラズマ状態のガスを供給し、該第1の領域を所定の条件でエッチングして溝を形成する測定用エッチングステップと、
    該測定用エッチングステップの実施後、該測定用ウェーハの中心から外周に至る領域を複数の同心円状のエリアに区画し、該溝の深さを該エリア毎に測定する測定ステップと、
    該測定ステップの実施後、該溝が浅い該エリアに対応する領域ほど薄くなるように該製品用ウェーハの厚さを調整する厚さ調整ステップと、
    該厚さ調整ステップの実施後、該製品用ウェーハの該第1の面側又は該第2の面側に第2のマスクを形成し、該製品用ウェーハの第2のマスクから露出し該ストリートに対応する第2の領域にプラズマ状態のガスを供給し、該第2の領域を所定の条件でエッチングするエッチングステップと、を含むことを特徴とするウェーハの加工方法。
  2. 該厚さ調整ステップでは、該製品用ウェーハに研削、研磨又はプラズマエッチングを施すことにより、該製品用ウェーハの厚さを調整することを特徴とする請求項1に記載のウェーハの加工方法。
  3. 該測定用エッチングステップでは、該測定用ウェーハの該プラズマ状態のガスが供給される面と反対側の面側に、該測定用ウェーハを保護する第1の保護部材を配置した状態で、該プラズマ状態のガスを該測定用ウェーハに供給し、
    該エッチングステップでは、該製品用ウェーハの該プラズマ状態のガスが供給される面と反対側の面側に、該製品用ウェーハを保護する第2の保護部材を配置した状態で、該プラズマ状態のガスを該製品用ウェーハに供給することを特徴とする請求項1又は2に記載のウェーハの加工方法。
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