JP2018006587A

JP2018006587A - ウエーハの加工方法

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Publication number: JP2018006587A
Application number: JP2016132228A
Authority: JP
Inventors: 智隆田渕; Tomotaka Tabuchi; 溝本　康隆; Yasutaka Mizomoto; 康隆溝本; 晃吉永; Akira Yoshinaga
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2018-01-11
Also published as: KR20180004660A; TW201812880A; CN107579042A

Abstract

【課題】本発明の課題は、デバイスの品質を低下させることなくプラズマエッチングを実行することができるウエーハの加工方法を提供することにある。【解決手段】本発明によれば、表面にパシベーション膜が積層されたデバイスが分割予定ラインによって区画されて半導体基板の表面に複数形成されたウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、該ウエーハの表面に液状樹脂を被覆して保護膜を形成する保護膜形成工程と、分割予定ラインにレーザー光線を照射して、分割予定ラインに積層されたパシベーション膜、又は金属膜を除去し半導体基板を分割予定ラインに沿って露出させる半導体基板露出工程と、該ウエーハの表面から該保護膜を除去する保護膜除去工程と、該デバイスを覆うパシベーション膜を遮蔽膜として分割予定ラインに露出した半導体基板をプラズマエッチングによって分割する分割工程と、から少なくとも構成されるウエーハの加工方法が提供される。【選択図】図５

Description

本発明は、いわゆるプラズマエッチングによりウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され半導体基板の表面に形成されたウエーハは、ダイシング装置、レーザー加工装置等によって個々のデバイスに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

また、デバイスの抗折強度を向上させることに加え、ウエーハを一度に個々のデバイスに分割できる生産性が良好な分割方法として、プラズマエッチングの技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００２−０９３７５２号公報

上記特許文献１に記載されたプラズマエッチングの技術によれば、生産効率が良く、分割されたデバイスの抗折強度が良好になることが期待されるものの、ウエーハの表面にデバイスを保護するためのレジスト膜を均一な厚みに形成することが比較的困難であり、プラズマエッチングを実行する際に、該レジスト膜も僅かにエッチングされることから、レジスト膜が薄い部分においてエッチングが進行すると、部分的にデバイスが露出し、デバイスの品質が低下するという問題がある。また、分割予定ラインにＴＥＧ（テストエレメントグループ）を含む金属膜が積層されている場合は、プラズマエッチングが遮蔽されてプラズマエッチングでは分割できないという問題もある。

本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、デバイスの品質を低下させることなくプラズマエッチングを実行することができるウエーハの加工方法を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、表面にパシベーション膜が積層されたデバイスが分割予定ラインによって区画されて半導体基板の表面に複数形成されたウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、該ウエーハの表面に液状樹脂を被覆して保護膜を形成する保護膜形成工程と、分割予定ラインにレーザー光線を照射して、分割予定ラインに積層されたパシベーション膜、又は金属膜を除去し半導体基板を分割予定ラインに沿って露出させる半導体基板露出工程と、該ウエーハの表面から該保護膜を除去する保護膜除去工程と、該デバイスを覆うパシベーション膜を遮蔽膜として分割予定ラインに露出した半導体基板をプラズマエッチングによって分割する分割工程と、から少なくとも構成されるウエーハの加工方法が提供される。

該保護膜形成工程において使用する液状樹脂を水溶性樹脂とし、該保護膜除去工程において、保護膜を水で除去することが好ましい。また、該パシベーション膜を、ＳｉＯ_２膜、Ｓｉ_３Ｎ_４膜、ポリイミド膜のいずれかにより形成し、半導体基板はシリコン基板であり、プラズマエッチングで使用するガスをフッ素系ガスとして上記ウエーハの加工方法を実施することができる。

本発明に係わるウエーハの加工方法は、表面にパシベーション膜が積層されたデバイスが分割予定ラインによって区画されて半導体基板の表面に複数形成されたウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、該ウエーハの表面に液状樹脂を被覆して保護膜を形成する保護膜形成工程と、分割予定ラインにレーザー光線を照射して、分割予定ラインに積層されたパシベーション膜、又は金属膜を除去し半導体基板を分割予定ラインに沿って露出させる半導体基板露出工程と、該ウエーハの表面から該保護膜を除去する保護膜除去工程と、該デバイスを覆うパシベーション膜を遮蔽膜として分割予定ラインに露出した半導体基板をプラズマエッチングによって分割する分割工程と、から少なくとも構成されることにより、表面にパシベーション膜が積層されたウエーハに対してプラズマエッチングを実行する場合に必要となる、分割予定ラインに沿って半導体基板を露出させる工程において、レーザー光線の照射によって発生する加工屑、所謂デブリが外部に飛散しても、該保護膜があることによりデバイスの表面に付着することがなく、デバイスの品質を低下させることが防止される。

また、プラズマエッチングを実行する際は、デバイスの表面に積層されているパシベーション膜をプラズマエッチングの際の遮蔽膜として利用することから、均一に塗布することが比較的困難なレジスト膜（１〜５μｍ）を形成する必要がなく、該レジスト膜を遮蔽膜としてプラズマエッチングを実施する際の品質の低下も抑制される。

本発明のウエーハ加工方法において加工されるウエーハを説明する説明図である。本発明のウエーハ加工方法において実施される保護膜形成工程を説明するための説明図である。本発明のウエーハ加工方法における半導体基板露出工程を説明するための説明図である。本発明における保護膜除去工程を説明するための説明図である。本発明における分割工程を実施するためのプラズマエッチング装置の概略を説明するための説明図である。

以下、本発明によるウエーハの加工方法の好適な実施形態について添付図面を参照して、詳細に説明する。

図１に示されているように、本実施形態において加工されるウエーハ１０は、半導体基板（シリコン基板）１０ａと、該半導体基板１０ａの表面側の複数の分割予定ライン１２によって区画された領域に形成されたデバイス１４とからなり、さらに、図１（ａ）に一部拡大断面図で示されているように、該デバイス１４が形成された表面側の全域には、外部からの汚染や不純物等の進入からデバイス１４を保護する役割を有するパシベーション膜１６（例えば、二酸化ケイ素膜（ＳｉＯ_２））が形成されている。該パシベーション膜１６は、プラズマＣＶＤ法で積層されることが知られており、ここではその詳細は省略する。なお、本発明に基づくウエーハの加工方法によって加工されるウエーハとしては、必ずしも図１（ａ）に示したものに限定されず、例えば、分割予定ライン１２上にパシベーション膜を形成せず、ＴＥＧ（テストエレメントグループ）を含む金属膜１８が形成されたウエーハを対象とすることもできる（図１（ｂ）を参照。）。

図１、２には、保護膜形成装置２０の一部が示され(全体図は省略。）、該保護膜形成装置２０の一部を構成する保持手段２２が示されている。該保持手段２２の吸着チャック２４は、通気性を有するポーラスセラミックからなり、図示しない吸引手段に接続され、該吸引手段を作動させることにより載置される被加工物を吸引保持可能に構成されている。

上述したウエーハ１０を用意したならば、保護膜形成工程を実施する。より具体的には、先ず、該保持手段２２上にウエーハ１０を載置し吸引保持する。そして、保持手段２２上に載置されたウエーハ１０の上方に、液体樹脂、例えば、ポリビニルアルコール(ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ，ＰＶＡ）を噴射する噴射ノズル２６を位置付け、保持手段２２を１００ｒｐｍの回転速度で回転させるとともに、概略断面図で示す該噴射ノズル２６から液状樹脂を噴射する。噴射ノズル２６としては、図に示すように、噴射ノズル２６の本体中央の流通路を通る液状樹脂を、先端部で外周側から供給される圧縮エアーに混ぜながらノズル先端部から霧状に噴射する。なお、図２では、噴射ノズル２６を極めて簡略化して示したが、一般的に知られたエアーブラシ等の構成を採用することができる。

ウエーハ１０に対して所定量の液状樹脂を噴射した後、噴射ノズル２６からの噴射を停止し、ウエーハ１０を保持した保持手段２２を紫外線照射器２８の直下に移動させる。保持手段２２が紫外線照射器２８の直下に移動させられたならば、紫外線照射器２８から紫外線を照射して、該液状樹脂を硬化させ、約５μｍの厚さを有する保護膜２１を形成する。なお、本実施形態では、水溶性の紫外線硬化型樹脂としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を採用したが、本発明はこれに限定されず、紫外線を照射することにより硬化する液状樹脂としては、水溶性フェノール樹脂、アクリル系水溶性樹脂等の水溶性樹脂を用いることができる。

該保護膜形成工程を実施したならば、図３に示すレーザー加工装置３０（一部のみ示し全体図は省略する。）により、半導体基板１０ａを分割予定ライン１２に沿って露出させる半導体基板露出工程を実施する。該レーザー加工装置３０の図示しない保持テーブルに、上述したウエーハ１０の保護膜２１が形成された表面側を上方にして載置し吸引保持する。そして、レーザー光線照射手段３２により少なくとも分割予定ラインに形成されているパシベーション膜１６、又はＴＥＧを構成する金属膜１８を除去することが可能な加工条件、より具体的にはパシベーション膜１６、あるいは金属層１８を構成する材料に対して吸収性を有する波長のレーザー光線ＬＢを照射するとともに、ウエーハ１０を矢印Ｘで示す方向に相対的に移動させて、分割予定ライン１２に沿って所謂アブレーション加工を施し、該保護膜２１と、パシベーション膜１６又は金属膜１８を除去し、半導体基板１０ａを露出させる。ウエーハ１０を保持する図示しない保持テーブルは、適宜Ｙ方向、回転方向にも移動可能に構成されており、レーザー光線照射手段３２に対して相対移動させることにより、すべての分割予定ライン１２に対して該レーザー加工を施し、全ての分割予定ライン１２に沿って、半導体基板１０ａが露出した状態となる。本実施形態では、上述した保護膜形成工程により液状樹脂が塗布されて保護膜２１が形成されているため、該アブレーション加工によって飛散するデブリは保護膜２１によってデバイスの表面に付着することがなく、デバイスの品質は守られる。

なお、例えば本実施形態のレーザー加工条件は、以下のように設定されている。
波長：：３５５ｎｍ
繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
平均出力：２Ｗ
集光スポット：φ３０μｍ
送り速度：１００ｍｍ／秒

上述のように半導体基板露出工程を実施したならば、ウエーハ１０の表面に形成された保護膜２２を除去する保護膜除去工程を実施する。本実施形態において形成された保護膜２２は水溶性樹脂であるため、レーザー加工装置３０に配設された図示しない洗浄領域において、ウエーハ１０の表面に洗浄水を供給し、容易に除去することができる（図４（ａ）を参照。）。このようにして保護膜２２を除去したウエーハ１０の概略断面図を図４（ｂ）に示す。図に示されるとおり、ウエーハ１０の表面から全ての保護膜２１が除去され分割予定ライン１２に沿って半導体基板１０ａが露出した半導体基板露出領域１０ｂが形成される。なお、本発明によれば、該レーザー加工を施す前にウエーハ１０の表面全体に保護膜２１が形成されていることにより、レーザー光線を照射する際に飛散するデブリがデバイス１３に直接付着せず、保護膜２１に付着している。よって、保護膜除去工程が実行されることにより、ウエーハ１０上に飛散したデブリも保護膜２１と共に除去され、ウエーハ１０の表面は綺麗な状態となって、次工程の分割工程（プラズマエッチング）により適した状態となる。

上述した保護膜除去工程が実施されたならば、ウエーハ１０を個々のデバイスに分割するためのプラズマエッチングを行う分割工程を実施する。係るプラズマエッチングには、例えば、図５に簡略化して示すプラズマエッチング装置４０を用いることができる。このプラズマエッチング装置４０は、フッ素系ガスを供給するガス供給部４１を備え、内部でエッチング処理を行うチャンバ４２を備えている。ガス供給部４１からは、該チャンバ４２内に、フッ素系ガスとして、例えば、ＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８が供給される。

図に示すように、プラズマエッチングが行われるチャンバ４２の上部側には、ガス供給部４１に接続されたエッチングガス供給手段４３が配設され、下部側には、エッチングされる被加工物としてのウエーハ１０を保持するチャックテーブル４４が配設されている。

エッチングガス供給手段４３は、内部にガス流通経路４３ａを備えており、チャックテーブル４４に保持されるウエーハ１０の露出面側(デバイス１４が形成された側。）に向けてポーラス部材で形成された下面４３ｂを介してエッチングガスを供給する機能を有している。さらに、エッチングガス供給手段４３は、チャンバ４２内部において図示しない移動手段により駆動されて上下に昇降自在に構成されている。

他方、チャックテーブル４４は、その軸部がチャンバ４２により回動可能に支持されており、図示しない吸引源が、吸引経路４４ａを介して通気性を有するように構成された上面４４ｂに接続されている。チャンバ４２の底部には、図示しないガス排出部に接続される排気口４５が備えられており、排気口４５は、チャンバ内を減圧したり、使用済みのエッチングガスを排出したりする機能を奏する。また、エッチングガス供給手段４３、チャックテーブル４４には高周波電源４６が接続されており、高周波電圧を供給して、チャンバ４２内のエッチングガスをプラズマ化することができる。本実施形態におけるプラズマエッチング装置４０は、概略以上のように構成されており、プラズマエッチング装置４０により実行される分割工程について以下に説明する。

先ず、保護膜除去工程が実施されたウエーハ１０を、粘着性、および可撓性を有する保護テープＴを介してフレームＦに保持する。該ウエーハ１０は、図示しないチャンバ４２の搬入搬出口からチャンバ４２内に搬入される。チャンバ４２内に搬入されたウエーハ１０は、エッチング加工において遮蔽膜として機能するパシベーション膜１６が形成された表面側を上方に向けチャックテーブル４４上に載置し吸引固定される。ウエーハ１０がチャックテーブル４４上に載置されたならば、チャンバ４２を密閉空間とした後、内部空気を排気し減圧する。

チャンバ４２内が減圧された後、エッチングガス供給手段４３を図示しない移動手段により下降させてウエーハ１０との距離を調整しながら、ガス供給部４１からエッチングガス供給手段４３を介してエッチングガス（ＳＦ_６）をチャンバ４２内に噴出させるとともに、高周波電源４６を作動させてエッチングガス供給手段４３とチャックテーブル４４との間に高周波電圧を印加し、チャンバ４２内に供給されたエッチングガス（ＳＦ_６）をプラズマ化させる。そして、プラズマのエッチング効果によりウエーハ１０の表面のうち、パシベーション膜１６（又は金属膜１８）が除去された半導体基板露出領域１０ｂの底部が所定時間エッチングされる。このようにして半導体露出領域１０ｂの底部が所定量削られた後、今度はガス供給部４１から供給されるエッチングガスを、もう一方のエッチングガスであるＣ_４Ｆ_８に切り替え、高周波電源を作動させて供給されたガスをプラズマ化させる。これにより半導体基板露出領域１０ｂの側壁に保護膜が形成される。その後、同様にしてＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８の供給を繰り返しながらエッチングを進行させる。このようにして１０〜１５分エッチングを実行することにより、図５（ｂ）に概略断面図で示すような異方性エッチングが実行されて、下方に向けて垂直に延びる良好な分割溝１０ｃが形成される。そして、半導体基板１０ａの厚さ分だけエッチングされることで、ウエーハ１０は、個々のデバイス１４に分割され、分割工程が完了する。なお、当該プラズマエッチング方法は、ボッシュプロセスとして一般的に広く知られており、図に示すプラズマエッチング装置は概略図であって、その他の構成は省略されている。

該分割工程により全ての分割予定ライン１２に沿って分割溝１０ｃが形成された後、該ウエーハ１０を保持したフレームＦを図示しないピックアップ工程に移送する。そして、保護テープＴを半径方向に拡張する拡張手段により、該保護テープを拡張し、個々に分割されたデバイス１４に容易にピックアップすることが可能になる。

本発明に基づくウエーハの加工方法は、上記実施形態のように実施されるが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態では、半導体基板の材料としてシリコンを採用したが、これに限定されず、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等、他の半導体基板を採用することができる。また、ウエーハ１０の表面側に噴射され保護膜となる液状樹脂として、水により容易に除去することが可能な水溶性樹脂を採用したが、これに限定されず、他の液状樹脂を採用することも可能であり、例えば、特定の薬剤により除去することが可能な液状樹脂であってもよい。

また、本実施形態としては、パシベーション膜１６として二酸化ケイ素膜（ＳｉＯ_２）を採用したが、これに限定されず、ポリイミド膜、窒化珪素膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）を選択することができる。さらに、本実施形態のプラズマエッチングでは、ＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８を交互に供給する所謂ボッシュプロセスとして知られるエッチング方法により分割工程を実行したが、これに限定されず、一般的に知られた他のプラズマエッチング法も採用できる。プラズマエッチングを実行する際には、異方性エッチングとなるエッチング条件を選択することが好ましく、半導体基板１０ａの厚み（例えば、２００〜３００μｍ）と、遮蔽膜として機能するパシベーション膜１６の部材として選択された膜材とのエッチングレートの比（例えば、Ｓｉ：ＳｉＯ_２膜＝７００：１、Ｓｉ：ポリイミド膜、Ｓｉ：窒化珪素膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）＝１００：１等）を考慮して半導体基板１０ａが分割されるまで遮蔽膜として機能するパシベーション膜厚（例えば、１〜５μｍ）を選択し、エッチング条件を適宜調整することができる。なお、プラズマエッチングについては周知技術であるので、ここではそれ以上の詳細な説明は省略する。

１０：ウエーハ
１０ａ：半導体基板
１０ｂ：半導体基板露出領域
１０ｃ：分割溝
１２：分割予定ライン
１４：デバイス
１６：パシベーション膜
１８：金属膜
２０：保護膜形成装置
２１：保護膜
２２：保持手段
２４：吸着チャック
２６：噴射ノズル
２８：紫外線照射器
３０：レーザー加工装置
３２：レーザー光線照射手段
４０：プラズマエッチング装置
４１：ガス供給部
４２：チャンバ
４３：エッチングガス供給手段
４４：チャックテーブル
４５：排気口
４６：高周波電源

Claims

表面にパシベーション膜が積層されたデバイスが分割予定ラインによって区画されて半導体基板の表面に複数形成されたウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、
該ウエーハの表面に液状樹脂を被覆して保護膜を形成する保護膜形成工程と、
分割予定ラインにレーザー光線を照射して、分割予定ラインに積層されたパシベーション膜、又は金属膜を除去し半導体基板を分割予定ラインに沿って露出させる半導体基板露出工程と、
該ウエーハの表面から該保護膜を除去する保護膜除去工程と、
該デバイスを覆うパシベーション膜を遮蔽膜として分割予定ラインに露出した半導体基板をプラズマエッチングによって分割する分割工程と、
から少なくとも構成されるウエーハの加工方法。
該保護膜形成工程において使用する液状樹脂は水溶性樹脂であり、該保護膜除去工程において、保護膜を水で除去する請求項１に記載のウエーハの加工方法。
該パシベーション膜は、ＳｉＯ_２膜、Ｓｉ_３Ｎ_４膜、ポリイミド膜のいずれかであり、半導体基板はシリコン基板であり、プラズマエッチングで使用するガスはフッ素系ガスである請求項１、又は２に記載のウエーハの加工方法。