JP2008047695A - ウエーハのエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研削加工によって裏面に凹部を形成した後の凹部のエッチング処理を、より簡便かつ低コストで実施して生産性を向上を図る。
【解決手段】研削加工で形成した凹部１Ａを上に向けてウエーハ１をチャックテーブル９０上に保持し、次いで、凹部１Ａ内に必要量のエッチング液Ｌを供給してエッチング処理する。次いで、チャックテーブル９０とともにウエーハ１を回転させ、凹部１Ａ内のエッチング液Ｌを遠心力によって飛散させて除去し、この後、チャックテーブル９０を回転させたままの状態で凹部１Ａに純水Ｗを供給して凹部１Ａを洗浄する。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハの裏面研削をデバイス形成領域に対応する部分のみに行って裏面に凹部を形成し、その凹部の研削面に残る機械的ダメージを除去して強度を確保するためにエッチングを施すウエーハのエッチング方法に関する。

各種電子機器に用いられる半導体チップ等のデバイスは、一般に、円盤状の半導体ウエーハの表面に、ストリートと呼ばれる分割予定ラインで格子状の矩形領域を区画し、これら領域の表面に電子回路を形成してから、裏面を研削して薄化し、ストリートに沿って分割するといった方法で製造される。ところで、近年の電子機器の小型化・薄型化は顕著であり、これに伴って半導体チップもより薄いものが求められ、これは半導体ウエーハを従来よりも薄くする必要が生じるということになる。

ところが、半導体ウエーハを薄くすると剛性が低下するため、その後の工程での取扱いが困難になったり、割れやすくなったりする問題が生じる。そこで、裏面研削の際に、表面に半導体チップが形成された円形のデバイス形成領域に対応する部分のみを必要厚さに研削して薄化すると同時に、その周囲の環状の外周余剰領域を比較的肉厚の補強部として残すことにより、薄化による上記問題が生じないようにすることが行われている。このように外周部を肉厚として裏面に凹部を形成する技術は、例えば特許文献１，２等に開示されている。

特開２００４−２８１５５１号公報 特開２００５−１２３４２５号公報

上記特許文献１には、ウエーハ裏面の凹部を、エッチング、研磨あるいはサンドブラストによって形成することが記載されているが、これらの手段では、目的の厚さに至るまでの加工時間が長いため効率的ではない。特にエッチングは特殊なマスキング工程が必要であるから、生産性の低下を招く。また、特許文献２には、はじめにブラストおよび／またはエッチングで凹部の大部分を形成した後、研磨して仕上げる方法が記載されているが、やはり凹部の形成に長い時間を要するものである。しかも、研磨を行うには、凹部の直径よりも小径の特殊な研磨工具を用意する必要があり、コスト的にも不利な面がある。

そこで、凹部を形成する有効な手段として、高速回転させた砥石をウエーハ裏面の凹部形成面に押し当てて薄化する研削加工が考えられた。研削加工によると凹部を比較的早く形成することができるという利点があるが、一方、研削傷が機械的ダメージとして残り、そのままでは機械的強度が低下するため、鏡面に仕上げて機械的ダメージを除去する必要がある。そのための仕上げ処理としては、プラズマエッチングや研磨が選択されるが、より簡便で生産性の向上が図られる仕上げ処理の方法が要望されている。

よって本発明は、研削加工によって裏面に凹部を形成した後の凹部の仕上げ処理をより簡便かつ低コストで実施でき、もって生産性の向上が図られるウエーハのエッチング方法を提供することを目的としている。

本発明は、表面に複数のデバイスが形成されたデバイス形成領域の周囲に外周余剰領域を有し、裏面のデバイス形成領域に対応する領域が研削加工によって薄化されることにより、裏面側に凹部が形成されるとともに、外周余剰領域に裏面側に突出する環状凸部が形成されたウエーハの凹部に、化学的エッチングを施すエッチング方法であって、ウエーハを、回転可能な保持手段に、凹部が上方に向けて露出する状態に保持する保持工程と、凹部内に必要量のエッチング液を供給してエッチングを施すエッチング工程と、保持手段を回転させてウエーハを回転させ、凹部内のエッチング液を遠心力によって凹部外に飛散させて除去するエッチング液除去工程と、保持手段を回転させたままの状態で凹部に洗浄液を供給して該凹部を洗浄する洗浄工程とを具備することを特徴としている。

本発明では、エッチング液を凹部内に必要量入れて所定時間経過させることにより凹部の底面および内周面がエッチングされる。そして、エッチング後に保持手段とともにウエーハを回転させ、エッチング液を凹部内から飛散させることによりエッチング液が除去される。この後、ウエーハを回転させたまま凹部内に純水等の洗浄液を供給し、スピンアウトする洗浄液によって凹部が洗浄される。

本発明によると、ウエーハをエッチング液に浸漬せず、凹部にエッチング液を供給することによりエッチングを行うことができる。このため、ウエーハ表面や外周余剰領域をマスキングすることなく凹部のみを確実にエッチングすることができ、また、エッチング液の量を最小限度に抑えることができる。これらことから、エッチングを簡便、かつ低コストで実施することができる。エッチング工程後は、ウエーハを回転させることによりエッチング液を飛散させて除去することができ、また、回転を続けたまま洗浄液を凹部内に供給することにより凹部を洗浄することができる。本発明では、ウエーハを保持手段に保持したまま一連の工程でエッチングから洗浄までを円滑に行うことができ、生産性の向上が図られる。

エッチング液の１回の供給でエッチングが十分遂行できれば、エッチング工程後はエッチング液除去工程、洗浄工程と進めてよいが、凹部内のエッチング液の量ではエッチングが十分になされない場合には、フレッシュなエッチング液に交換してエッチングを繰り返す必要がある。その場合には、エッチング工程とエッチング液除去工程とを所要回数繰り返し、この後、洗浄工程を行う。

また、本発明では、洗浄工程での保持手段の回転速度を、エッチング液除去工程での保持手段の回転速度よりも遅くする方法を好ましい態様としている。エッチング液の粘性は洗浄液（例えば純水）よりも概ね高く、このため、洗浄工程でのウエーハの回転速度がエッチング液を飛散させる除去工程での回転速度と同等か速いと、洗浄液はエッチング液とよく混合する前に飛散し、洗浄効果が低下する。そこで洗浄工程では、エッチング液除去工程よりもウエーハすなわち保持手段の回転速度を遅くすると、洗浄液の滞留時間が長くなってエッチング液とよく混合し、このため洗浄効果を向上させることができる。

本発明によれば、研削加工で形成されたウエーハの凹部に対するエッチングから洗浄までの処理を、ウエーハを保持手段に保持したまま一連の工程で円滑に行うことができ、このため、凹部の仕上げ処理を簡便かつ低コストで実施でき、もって生産性の向上が図られるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るエッチング方法が適用されたウエーハの加工工程を説明する。
［１］半導体ウエーハ
図１は、裏面に凹部が形成される円盤状の半導体ウエーハ（以下ウエーハと略称）を示している。このウエーハ１はシリコンウエーハ等であって、加工前の厚さは例えば６００〜７００μｍ程度である。ウエーハ１の表面には、格子状の分割予定ライン２によって複数の矩形状の半導体チップ（デバイス）３が区画されており、これら半導体チップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。

複数の半導体チップ３は、ウエーハ１と同心の概ね円形状のデバイス形成領域４に形成されている。デバイス形成領域４はウエーハ１の大部分を占めており、このデバイス形成領域４の周囲のウエーハ外周部が、半導体チップ３が形成されない環状の外周余剰領域５とされている。また、ウエーハ１の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状の切欠き（ノッチ）６が形成されている。このノッチ６は、外周余剰領域５内に形成されている。ウエーハ１は、デバイス形成領域４が薄化された後、最終的には分割予定ライン２に沿って切断、分割され、複数の半導体チップ３に個片化される。

ウエーハ１を裏面研削する際には、電子回路を保護するなどの目的で、図１に示すように電子回路が形成された側の表面に保護テープ７が貼着される。保護テープ７は、例えば厚さ１００〜２００μｍ程度のポリエチレンやポリオレフィンシートの片面に１０μｍ程度の粘着剤を塗布した構成のものが用いられる。

［２］裏面への凹部形成
次に、ウエーハ１の裏面のデバイス形成領域４に対応する領域のみを研削加工して薄化し、ウエーハ１の裏面側に凹部を形成する工程を行う。図２は、凹部形成に好適な研削装置２０を示しており、この研削装置２０は、ウエーハ１を保持する真空チャック式のチャックテーブル３０と、このチャックテーブル３０の上方に配される研削ユニット４０とを備えている。

研削ユニット４０は、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング４１と、スピンドルハウジング４１内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドル４２と、スピンドルハウジング４１の上端部に固定されてスピンドル４２を回転駆動するモータ４３と、スピンドル４２の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ４４とを具備している。そしてフランジ４４には、カップホイール４５がねじ止め等の手段によって着脱自在に取り付けられる。

カップホイール４５は、円盤状で下部が円錐状に形成されたフレーム４６の下端面に、該下端面の外周部全周にわたって複数の砥石４７が環状に配列されて固着されたものである。砥石４７は、例えばビトリファイドと呼ばれるガラス質の焼結材料にダイヤモンド砥粒を混ぜて焼成したものなどが用いられ、シリコンウエーハの研削用としては♯２８０〜♯８０００程度の粒度の砥粒が混入されたものが好適に用いられる。図２（ｂ）に示すように、カップホイール４５の研削外径、すなわち複数の砥石４７の外周縁の直径は、ウエーハ１のデバイス形成領域４の半径にほぼ等しいか、やや大き目に設定されている。

上記研削装置２０によれば、ウエーハ１を、保護テープ７が貼着された表面側がチャックテーブル３０の上面に密着し、裏面を上に向けて露出させた状態で、なおかつチャックテーブル３０と同心状となるように、吸着、保持させ、チャックテーブル３０を回転させる。そして、研削ユニット４０全体を下降させ、カップホイール４５を２０００〜５０００ｒｐｍ程度で回転させながら、砥石４７をウエーハ１の裏面のデバイス形成領域４に押し当てることにより、該領域を研削加工し、薄化する。なお、研削加工時には、ウエーハ１の被研削面に研削水が供給される。

カップホイール４５の砥石４７は、研削軌跡が、デバイス形成領域４の外周縁（デバイス形成領域４と外周余剰領域５との境界線）からウエーハ１の中心をやや超える範囲を通るようにウエーハ１に対して位置付けられる。これによってウエーハ１の裏面のデバイス形成領域４に対応する領域のみが研削加工され、薄化される。

ウエーハ１の裏面のデバイス形成領域４に対応する領域が、目的厚さ（例えば２００〜１００μｍ程度、あるいは５０μｍ程度）まで研削加工されて薄化されたら、研削ユニット４０を上昇させて砥石４７をウエーハ１から離すとともに、チャックテーブル３０の回転を停止させる。ウエーハ１の裏面側には、この研削加工によって図３に示すようにデバイス形成領域４に対応する領域に凹部１Ａが形成されると同時に、外周余剰領域５に対応する領域に、元の厚さが残って裏面側に突出する環状凸部５Ａが形成され、ウエーハ１全体が断面凹状に加工される。

図３（ａ）に示すように、凹部１Ａの底面４ａには、中心から放射状に多数の弧を描いた形状の、砥石４７による研削条痕９が残留する。この研削条痕９は砥石４７中の砥粒による破砕加工の軌跡であり、マイクロクラック等を含む機械的ダメージ層である。同様のダメージは、環状凸部５Ａの内周面５ａにも形成されている。この機械的ダメージが、次のエッチング工程で除去される。

［３］エッチング処理
次に、ウエーハ１の裏面にエッチングを施して凹部１Ａの底面４ａおよび内周面５ａを僅かの厚さ除去するエッチング処理を行う。以下に説明するエッチング方法が本発明に係るもので、図４は、そのエッチング方法を好適に実施し得るエッチング装置である。このエッチング装置５０は直方体状の基台５１を有し、基台５１上には、長手方向である図中Ｙ方向の一端側から他端側にわたって、ピックアップロボット６０、位置決めテーブル７０および移送アーム８０、チャックテーブル（保持手段）９０、エッチング液供給装置１００が配置されている。

基台５１の一端側には、Ｘ方向に並ぶ一対のカセットステージ１１０が併設され、これらカセットステージ１１０上にはカセット１１１が載置されている。カセット１１１内には多数のウエーハ１が積層状態で収容されるが、一方が多数のウエーハ１が収容された供給側のカセット、他方が初めは空で凹部１Ａが形成されたウエーハ１が順次収容される回収側としてもよいし、供給側カセット１１１の元のスロットに戻してもよい。供給側のカセット１１１には、表面に保護テープ７が貼着された多数のウエーハ１が、保護テープ７が貼着されていない裏面側を上に向けて積層されている。各カセット１１１は、側方に開口するウエーハ出し入れ口を基台５１側に向けてカセットステージ１１０上に着脱自在に載置される。

ピックアップロボット６０は昇降自在な２節リンク６１の先端にウエーハ１を掴むピック６２が装着されたもので、スライダ６３を介して基台５１上にＸ方向に移動自在に設けられている。スライダ６３はＸ方向に延びる一対のガイドレール６４に摺動自在に装着されており、また、スライダ６３には、ガイドレール６４間に配されたＸ方向に延びるねじロッド６５が螺合して貫通している。ねじロッド６５は図示せぬモータで正逆回転させられ、そのモータで回転するねじロッド６５の動力により、ピックアップロボット６０はスライダ６３を介しガイドレール６４に沿ってＸ方向に移動するようになっている。ピックアップロボット６０は、供給側のカセット１１１から１枚のウエーハ１を取り出して位置決めテーブル７０に移送し、また、位置決めテーブル７０に移送された加工後のウエーハ１を回収側のカセット１１１に挿入する。

位置決めテーブル７０は、円盤テーブル７１上に載置されたウエーハ１を、複数のピン７２が円盤テーブル７１の中心に向かって移動することにより、ウエーハ１を位置決めするものである。移送アーム８０は、ウエーハ１を、位置決めテーブル７０とチャックテーブル９０との間を移送させるもので、図５に示すように、旋回式のアーム８１の先端にウエーハ１をベルヌーイ式吸引によって吸着させる吸着パッド８２が取り付けられたものである。位置決めテーブル７０に位置決めされたウエーハ１は移送アーム８０の吸着パッド８２に吸着され、旋回するアーム８１によって円盤状のチャックテーブル９０上に略同心状に載置される。

チャックテーブル９０は、図６に示す回転軸９１上に支持されており、回転軸は９１は図示せぬ回転駆動機構によって回転させられる。チャックテーブル９０の水平な上面には、空気吸引によってウエーハ１を吸着する吸着エリア９０ａが設けられている。チャックテーブル９０の周囲には、環状のシャッタ壁９２が固定されており、このシャッタ壁９２内がエッチングエリアとなっている。

エッチング液供給装置１００は、基台５１に回転自在に立てられたシャフト１０１に、水平に延びる給液管１０２が固定されたもので、図示せぬ回転駆動機構によって水平旋回するようになされている。給液管１０２の先端には、エッチング液を滴下するノズル１０３が形成されている。給液管１０２は、シャフト１０１の回転により、ノズル１０３がチャックテーブル９０の回転中心の直上のエッチング液供給位置と、この位置から退避した破線で示す退避位置とに位置付けられる。エッチング液供給装置１００には、所定のエッチング液の他に、エッチング後の洗浄液として純水が供給される。供給される液体はいずれかに切り替えられ、シャフト１０１から給液管１０２を経由してノズル１０３から下方に滴下される。

上記エッチング装置１００によると、次のようにしてウエーハ１に対してエッチング処理がなされる。まず、ピックアップロボット６０により、供給側のカセット１１１内から１枚のウエーハ１が取り出され、そのウエーハ１は、裏面を上に向けて露出した状態で位置決めテーブル７０に移され、かつ位置決めされる。ピックアップロボット６０は、昇降動作とスライダ６３の移動によって適切な位置に移動する。続いて移送アーム８０によってウエーハ１は位置決めテーブル７０からチャックテーブル９０上に載置される。チャックテーブル９０は予め真空運転されており、保護テープ７がチャックテーブル９０の吸着エリアに吸着してウエーハ１はチャックテーブル９０上に保持される（保持工程）。

次に、エッチング液供給装置１００の給液管１０２を旋回させてエッチング供給位置に位置付け、給液管１０２に所定のエッチング液を供給し、図６（ａ）に示すように、ノズル１０３からウエーハ１の凹部１Ａ内にエッチング液Ｌを滴下して凹部１Ａをエッチング液Ｌで充満させる。エッチング液Ｌとしては、フッ酸と硝酸の混合液である混酸液や、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）液などが用いられる。エッチング液Ｌは、ウエーハ１との化学反応によるエッチングが促進されることから加温されたものが好ましく用いられる。

エッチング液Ｌが凹部１Ａに供給されて充満することにより、エッチング液Ｌに接触する凹部１Ａの底面４ａおよび内周面５ａはエッチングされる。続いて、必要に応じたエッチング時間が経過したら、チャックテーブル９０を、例えば１０００ｒｐｍ程度の速度で回転させ、ウエーハ１を回転させる。この時には給液管１０２は退避位置に退避させておく。これにより凹部１Ａ内のエッチング液Ｌは、図６（ｂ）に示すように遠心力でウエーハ１の外周方向に飛散し、凹部１Ａ内から除去される。飛散するエッチング液Ｌはシャッタ壁９２に当たり、シャッタ壁９２よりも外方への飛散が防止される。

凹部１Ａ内にエッチング液Ｌを充満させておくエッチング時間は、通常、半導体チップ３のダイボンディング特性を向上させる上で裏面が鏡面であることが望ましく、例えば６０秒以上とされる。なお、半導体チップ３の表裏で電極を取る必要があるパワー系デバイスとして製造する場合には、コンタクト抵抗値を下げるために裏面をあえて粗面とする必要があり、その場合にはエッチング時間は３０秒程度とされる。

比較的長いエッチング時間を要しても１回のエッチング液Ｌの供給量で必要な厚さを除去することができない場合には、ウエーハ１を回転させてエッチング液を除去してから、ウエーハ１の回転を停止し、再び凹部１Ａ内にフレッシュなエッチング液Ｌを供給する。このようにしてエッチング液Ｌの供給と除去を適宜回数繰り返すことにより、必要なエッチング量を達成させることができる。

次いで、ウエーハ１の回転を続けた状態で、給液管１０２を再びエッチング液供給位置に位置付け、供給される液体を純水に切り替えて、図６（ｃ）に示すように純水Ｗをノズル１０３から滴下して凹部１Ａ内に供給する。凹部１Ａの底面４ａおよび内周面５ａに付着していたエッチング液Ｌは、供給される純水Ｗによって洗浄され、エッチング液Ｌを混合する純水Ｗは、回転するウエーハ１から飛散して除去される（洗浄工程）。

なお、洗浄時のチャックテーブル９０の回転速度は、エッチング液除去工程での回転速度よりも遅くすることが好ましく、例えば５００ｒｐｍ程度とされる。このように洗浄工程でのウエーハ１の回転速度をエッチング液除去工程の時よりも低速にすると、粘性の高いエッチング液Ｌが純水Ｗによく取り込まれて混合し、洗浄効果が向上する。また、チャックテーブル９０の回転速度を変化させたり、急停止させたりすることによっても、洗浄効果を高めることができる。

凹部１Ａ内に付着していたエッチング液Ｌが完全に除去されて洗浄工程が終了したら、チャックテーブル９０の回転を停止させ、次いでチャックテーブル９０の真空運転も停止させる。この後、移送アーム８０によってチャックテーブル９０上のウエーハ１が再び位置決めテーブル７０上に移されて位置決めされ、次いで、ピックアップロボット６０によってウエーハ１が位置決めテーブル７０から回収側のカセット１１１内に収容される。
以上がエッチング処理の１サイクルであり、多数のウエーハ１に対して上記動作が繰り返されエッチング処理がなされる。

本実施形態によると、ウエーハ１をエッチング液に浸漬せず、凹部１Ａにエッチング液Ｌを供給することにより、この凹部１Ａをエッチング処理している。このため、マスキングすることなく凹部１Ａのみを確実にエッチングすることができ、また、エッチング液Ｌの量を最小限度に抑えることができる。これらのことから、エッチングを簡便、かつ低コストで実施することができる。

また、エッチング工程後は、ウエーハ１を回転させることによりエッチング液Ｌを飛散させて除去することができ、また、回転を続けたまま洗浄液である純水Ｗを凹部１Ａ内に供給することにより凹部１Ａを洗浄することができる。このようにウエーハ１をチャックテーブル９０に保持したまま一連の工程でエッチングから洗浄までを円滑に行うことができ、その結果として生産性の向上が図られる。

裏面に凹部が形成された後、本発明の一実施形態に係るエッチング方法で凹部がエッチングされるウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 ウエーハ研削装置の（ａ）側面図、（ｂ）平面図である。 ウエーハ研削装置によって裏面に凹部が形成されたウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。 一実施形態のエッチング方法を好適に実施し得るエッチング装置の斜視図である。 該エッチング装置の移送アームの先端部を示す側面図である。 一実施形態に係るエッチング処理を工程順に示す側面図である。

符号の説明

１…半導体ウエーハ
１Ａ…凹部
３…半導体チップ（デバイス）
４…デバイス形成領域
５…外周余剰領域（外周部）
５Ａ…環状凸部
５０…エッチング装置
９０…チャックテーブル（保持手段）
Ｌ…エッチング液
Ｗ…純水（洗浄液）

Claims (3)

1. 表面に複数のデバイスが形成されたデバイス形成領域の周囲に外周余剰領域を有し、裏面のデバイス形成領域に対応する領域が研削加工によって薄化されることにより、裏面側に凹部が形成されるとともに、外周余剰領域に裏面側に突出する環状凸部が形成されたウエーハの前記凹部に、化学的エッチングを施すエッチング方法であって、
   前記ウエーハを、回転可能な保持手段に、前記凹部が上方に向けて露出する状態に保持する保持工程と、
   前記凹部内に必要量のエッチング液を供給してエッチングを施すエッチング工程と、
   前記保持手段を回転させてウエーハを回転させ、凹部内のエッチング液を遠心力によって凹部外に飛散させて除去するエッチング液除去工程と、
   前記保持手段を回転させたままの状態で前記凹部に洗浄液を供給して該凹部を洗浄する洗浄工程と
   を具備することを特徴とするウエーハのエッチング方法。
2. 前記エッチング工程と前記エッチング液除去工程とを所要回数繰り返し、この後、前記洗浄工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のウエーハのエッチング方法。
3. 前記洗浄工程での前記保持手段の回転速度を、前記エッチング液除去工程での保持手段の回転速度よりも遅くすることを特徴とする請求項１または２に記載のウエーハのエッチング方法。

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