JP2019071333A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマエッチング時におけるデバイスの損傷を抑制できるウエーハの加工方法を提供すること。【解決手段】表面に格子状の分割予定ラインが形成され、該分割予定ラインに区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハの加工方法であって、紫外線吸収剤が混入された樹脂材で、分割予定ラインに沿って溝を形成する領域を除いたウエーハの表面を覆い、ウエーハの表面にマスク層を形成するマスク層形成ステップS2と、エッチングガスとしてフッ素系安定ガスを用いて該マスク層側から該ウエーハをプラズマエッチングし、該ウエーハに該分割予定ラインに沿った溝を形成するプラズマエッチングステップS3と、該プラズマエッチングステップS3を実施した後、該マスク層を除去するマスク層除去ステップS4と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、ウエーハを個々のチップに分割するウエーハの加工方法に関する。
交差する複数の分割予定ラインによって区画された領域にそれぞれデバイスが形成された半導体ウエーハの分割には、通常、ダイシング装置やレーザー加工装置が用いられる。ダイシング装置は、破砕加工であるため、カケ(チッピング)が発生しやすく、分割されたチップの抗折強度が低くなったり、加工時間が比較的長くなったりするという問題がある。また、レーザー加工装置は、カケが少なく切り代もほとんど無いという利点があるが、チップ同士が隣接しているため、その後の搬送時にチップ同士がこすれてカケを発生させてしまうという問題がある。これらの問題を解決するために、従来、プラズマエッチングを利用してウエーハを個々のチップに分割するプラズマダイシングによる加工方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。プラズマダイシングでは、保護膜で分割予定ライン以外の領域(デバイス)を保護した状態で、分割予定ラインをプラズマエッチングすることにより、個々のチップに分割されている。この加工方法によれば、ウエーハの直径が大きくなっても、分割予定ラインに沿って溝を形成する加工時間が変わらず、抗折強度の高いチップが形成できるという利点がある。
特開2001−127011号公報
ところで、プラズマエッチングをする際には、ウエーハを所定のチャンバ内部に搬入し、このチャンバ内で、ウエーハに対してエッチングガスを供給しつつ、高周波電圧を印加することでエッチングガスをプラズマ化させ、このプラズマが分割予定ラインに沿った溝を形成する。デバイスは、保護膜によって保護されているものの、プラズマエッチング中にエッチングガスがプラズマ化した際に発光する紫外線によって、デバイスが損傷する恐れがあることが判明した。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プラズマエッチング時におけるデバイスの損傷を抑制できるウエーハの加工方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、表面に格子状の分割予定ラインが形成され、該分割予定ラインに区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハの加工方法であって、紫外線吸収剤が混入された材料で、該分割予定ラインに沿って溝を形成する領域を除いたウエーハの表面を覆い、ウエーハの表面にマスク層を形成するマスク層形成ステップと、エッチングガスとしてフッ素系安定ガスを用いて該マスク層側から該ウエーハをプラズマエッチングし、該ウエーハに該分割予定ラインに沿った溝を形成す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、該マスク層を除去するマスク層除去ステップと、を備え、該紫外線吸収剤は、該エッチングガスがプラズマ化して発生する紫外線を吸収し該デバイスを該紫外線から保護するものである。
この構成によれば、エッチングガスがプラズマ化して発生する紫外線は、マスク層に混入された紫外線吸収剤によって吸収されるため、紫外線からデバイスを保護することができ、プラズマエッチング時におけるデバイスの損傷を抑制できる。
この構成において、該マスク層は、水溶性液状樹脂に紫外線吸収剤を混入した水溶性保護膜であり、該マスク層除去ステップでは、洗浄水で該マスク層を除去してもよい。この構成によれば、マスク層の形成及び除去を容易に行うことができる。
また、該紫外線吸収剤は、酸化物または窒化物の微粒子であってもよい。また、該紫外線吸収剤は、水溶性紫外線吸収剤であってもよい。この構成によれば、マスク層に紫外線吸収剤を容易に混入することができる。
また、該マスク層形成ステップは、ウエーハの表面を該材料で覆った後、該ウエーハと該材料に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を該分割予定ラインに沿って照射し、該材料を除去する構成としてもよい。
また、該デバイスは、イメージセンサであってもよい。この構成によれば、光を検知して信号を出力するイメージセンサを紫外線から保護することができ、プラズマエッチング時におけるイメージセンサの損傷を効果的に抑制できる。
本発明によれば、エッチングガスがプラズマ化して発生する紫外線は、マスク層に混入された紫外線吸収剤によって吸収されるため、紫外線からデバイスを保護することができ、プラズマエッチング時におけるデバイスの損傷を抑制できる。
図1は、加工対象となるウエーハを示す斜視図である。 図2は、ウエーハの加工方法の手順を示すフローチャートである。 図3は、ウエーハの加工方法における保護部材貼着ステップを示す斜視図である。 図4は、ウエーハの加工方法におけるマスク層形成ステップの前段工程を示す側断面図である。 図5は、マスク層形成ステップの後段工程を示す側断面図である。 図6は、マスク層が形成されたウエーハの部分拡大側断面図である。 図7は、ウエーハの加工方法におけるプラズマエッチングステップで用いられるプラズマエッチング装置の一例を示す断面図である。 図8は、プラズマエッチングステップでエッチングされた状態を示すウエーハの側断面図である。 図9は、エッチングにより溝が形成されたウエーハの部分拡大側断面図である。 図10は、ウエーハの加工方法におけるマスク層除去ステップを示す側断面図である。
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。
本実施形態に係るウエーハの加工方法を図面を参照して説明する。図1は、加工対象となるウエーハを示す斜視図であり、図2は、ウエーハの加工方法の手順を示すフローチャートである。本実施形態において、加工対象となるウエーハ100は、シリコンを母材とする円板状の半導体ウエーハやサファイア、SiC(炭化ケイ素)などを母材とする光デバイスウエーハである。ウエーハ100は、図1に示すように、表面101に形成された格子状の分割予定ライン102によって区画された複数の領域にデバイス103が形成されている。
ウエーハ100は、例えば、外径が300mmであり、デバイス103の大きさが一辺が5mm程度である。デバイス103は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(complementary metal oxide semiconductor)などのイメージセンサである。ウエーハ100は、裏面104に貼着されたダイシングテープ(保護部材)105を介して、環状フレーム106に支持されている。
本実施形態のウエーハの加工方法は、ウエーハ100を分割予定ライン102に沿って切断して、ウエーハ100をデバイスチップ(不図示)に分割(個片化ともいう)する方法であり、デバイスチップの製造方法でもある。ウエーハ100の加工方法は、図2に示すように、保護部材貼着ステップS1と、マスク層形成ステップS2と、プラズマエッチングステップS3と、マスク層除去ステップS4とを備える。
保護部材貼着ステップS1は、ウエーハ100の裏面104に保護部材としてのダイシングテープ105を貼着するステップである。本実施形態では、図3に示すように、ウエーハ100の裏面104を、外周に環状フレーム106が貼着されたダイシングテープ105に対向させた後、図1に示すように、ダイシングテープ105にウエーハ100の裏面104を貼着する。
マスク層形成ステップS2は、紫外線を吸収する紫外線吸収剤が混入された材料で、分割予定ライン102の領域を除いたウエーハ100の表面101を覆うマスク層50を形成するステップである。マスク層形成ステップS2は、ウエーハ100の表面101の全面をマスク層50で覆う前段工程と、分割予定ライン102の領域のマスク層50を除去する後段工程とを有する。マスク層形成ステップS2は、図4に示すように、前段工程として、ダイシングテープ105を介してウエーハ100の裏面104をスピンコータ10のスピンナーテーブル11に吸引保持し、環状フレーム106をクランパ12によりクランプする。この状態で、スピンナーテーブル11を軸心回りに回転させつつ塗布ノズル13から液状樹脂14をウエーハ100の表面101の中央部に滴下する。滴下された液状樹脂14は、スピンナーテーブル11の回転により発生する遠心力によって、ウエーハ100の表面101上を中心側から外周側に向けて流れていき、ウエーハ100の表面101の全面にいきわたる。その後、回転を継続して液状樹脂14を所定の厚さに形成し、回転乾燥させる。また、必要に応じて、ウエーハ100の表面101において液状樹脂14を、例えばベーキングすることにより硬化させて表面101の全面を覆うマスク層50を形成する。
液状樹脂14としては、例えば、PVP(ポリビニルピロリドン)やPVA(ポリビニルアルコール)などの水溶性液状樹脂を使用する。この液状樹脂14には、紫外線を吸収する紫外線吸収剤が分散されて混入されている。紫外線吸収剤としては、例えば、酸化チタン(TiO)、酸化鉄(III)(Fe)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化セリウム(IV)(CeO)、酸化銅(I)(CuO)、酸化銅(II)(CuO)、酸化マグネシウム(MgO)などの金属酸化物の微粒子の中から、少なくとも一以上が選択され、本実施形態では、例えば、酸化チタン(TiO)が選択される。金属酸化物の平均粒径は、例えば10〜50[nm]に調整され、液状樹脂14に対する金属酸化物の濃度は、例えば、1〜10[%]程度、より望ましくは、2〜5[%]とするとよい。
続いて、後段工程として、全面にマスク層50が形成されたウエーハ100に表面101側からレーザー光線23Aを分割予定ライン102に沿って照射し、アブレーション加工によって、分割予定ライン102に沿った領域のマスク層50を除去する。具体的には、図5に示すように、ダイシングテープ105を介して、ウエーハ100の裏面104を、レーザー加工装置20のチャックテーブル21に吸引保持し、環状フレーム106をクランパ22によりクランプする。この状態で、レーザー加工装置20の図示しない赤外線カメラによりウエーハ100の表面101を撮像して、分割予定ライン102の位置を割り出した後、レーザー光線照射手段23とチャックテーブル21とを分割予定ライン102に沿って相対的に移動させながら、レーザー光線照射手段23からレーザー光線23Aを分割予定ライン102に沿って照射する(アブレーション加工)。
上記したアブレーション加工は、例えば下記の加工条件で実施する。レーザー光線の波長は、ウエーハ100と液状樹脂14とに対して吸収性を有する波長が採用される。この加工条件は、一例であり、これに限るものではない。
[加工条件]
レーザー光線 :YAG/YVO4
波長 :355nm
平均出力 :0.5W
繰り返し周波数 :200kHz
照射スポット径 :φ10μm
保持テーブルの送り速度:100mm/s
このような加工条件に基づき、アブレーション加工を実施すると、図6に示すように、分割予定ライン102に相当する領域のマスク層50が除去され、少なくともデバイス103を含む領域にマスク層50が残存する。このようにして、ウエーハ100の表面101に水溶性保護膜からなるマスク層50(エッチングマスク)が形成される。このアブレーション加工では、ウエーハ100の表面101における分割予定ライン102の表層部分102Aをマスク層50と共に除去してもよい。ウエーハ100の種類によっては、分割予定ライン102上にデバイス103の評価用素子であるTEG(Test Element Group)が設けられていることがある。このTEGは、金属で形成されているため、プラズマエッチングステップS3にて該TEGがマスクとして作用するおそれがある。このため、アブレーション加工により、分割予定ライン102の表層部分102Aまで除去することで、TEGを除去することができ、プラズマエッチングを効果的に実行することができる。
プラズマエッチングステップS3は、マスク層50が形成されたウエーハ100に対して、ウエーハ100の表面101側からプラズマエッチングするステップである。このプラズマエッチングにより、マスク層50が除去された表面101の分割予定ライン102の領域がエッチングされて、ウエーハ100は個々のデバイスチップ(チップ)110に分割される。プラズマエッチングステップS3は、図7に示すプラズマエッチング装置30のシャッター31を下降させて開口部32を開口させた状態で、開口部32からウエーハ100をチャンバ33の内部に進入し、表面101が図7中の上を向いて露出した状態でチャックテーブル34に静電吸着される。この状態で、シャッター31により開口部32を閉め、ガス排出部35の作動によりチャンバ33の内部を減圧排気する。
次に、エッチングガス供給手段36を下降させ、ガス供給部37からガス流通孔38にエッチングガスとしてフッ素系安定ガスを供給し、エッチングガス供給手段36の下面の噴出部39からエッチングガスを噴出させる。そして、高周波電源40からエッチングガス供給手段36とチャックテーブル34との間に高周波電圧を印加してエッチングガスをプラズマ化させる。また、ウエーハ100にバイアス電圧を印加して、プラズマ中のイオンをウエーハ100の表面101に引き込んでエッチングする。これにより、図8に示すように、ウエーハ100は、表面101から裏面104に向けてウエーハ100厚み分だけエッチングされる。具体的には、図9に示すように、表面101のうち、マスク層50で被覆されていない部分、すなわち、分割予定ライン102に相当する領域の下方のみをエッチングして所望の深さの溝51が形成されて、個々のデバイスチップ110に分割される。
本実施形態では、エッチングガスとして、六フッ化硫黄(SF)または四フッ化炭素(CF)のフッ素系安定ガスが用いられる。ただし、これ以外にも、六フッ化エタン(C)、テトラフルオロエチレン(C)、トリフルオロメタン(CHF)等のうち少なくとも一つのフッ素系安定ガスを用いてもよい。
マスク層除去ステップS4は、主としてデバイス103を覆うマスク層50を除去するステップである。マスク層除去ステップS4は、図10に示すように、ダイシングテープ105を介してウエーハ(各デバイスチップ110)の裏面を洗浄装置40のスピンナーテーブル41に吸引保持し、環状フレーム106をクランパ42によりクランプする。この状態で、スピンナーテーブル41を軸心回りに回転させつつ洗浄ノズル43から洗浄水44をウエーハの表面に向けて供給する。供給された洗浄水44は、スピンナーテーブル41の回転により発生する遠心力によって、各デバイスチップ110の表面上を中心側から外周側に向けて流れていき、各デバイスチップ110の表面を覆ったマスク層50を溶解し、表面が露出した状態のデバイスチップ110が残存する。なお、洗浄水44としては、例えば純水を用いることができる。最後に、残存したデバイスチップ110をピックアップして終了する。
ところで、上記した六フッ化硫黄(SF)または四フッ化炭素(CF)等のフッ素系安定ガスをエッチングガスとして用いた場合、これらのエッチングガスがプラズマ化した際に紫外線(紫外光)を発生する。この発生した紫外線は、マスク層50に混入された紫外線吸収剤によって吸収されることにより保護され、紫外線によるデバイス103の損傷を抑制することができる。一方、デバイス103がイメージセンサである場合、イメージセンサは、光を検出して光量に対応する信号を出力するため、IC、LSI等のデバイスと比べて、紫外線による損傷が生じやすい。本実施形態では、例えば、液状樹脂14としてPVP(ポリビニルピロリドン)、紫外線吸収剤として酸化チタン(TiO)の金属酸化物を用いて、液状樹脂14に対する紫外線吸収剤の濃度(重量%濃度)を、1〜10[%]程度、より望ましくは、2〜5[%]としたことにより、紫外線によるイメージセンサ(デバイス103)の損傷を抑制することができる。
以上、説明したように、本実施形態は、表面101に格子状の分割予定ライン102が形成され、該分割予定ライン102に区画された複数の領域にデバイス103が形成されたウエーハ100の加工方法であって、紫外線吸収剤が混入された樹脂材で、分割予定ライン102に沿って溝51を形成する領域を除いたウエーハ100の表面101を覆い、ウエーハ100の表面101にマスク層50を形成するマスク層形成ステップS2と、エッチングガスとしてフッ素系安定ガスを用いて該マスク層50側から該ウエーハ100をプラズマエッチングし、該ウエーハ100に該分割予定ライン102に沿った溝51を形成するプラズマエッチングステップS3と、該プラズマエッチングステップS3を実施した後、該マスク層50を除去するマスク層除去ステップS4と、を備え、該紫外線吸収剤は、該エッチングガスがプラズマ化して発生する紫外線を吸収し該デバイス103を該紫外線から保護するため、紫外線からデバイス103を保護することができ、プラズマエッチング時におけるデバイス103の損傷を抑制できる。
また、本実施形態によれば、マスク層50は、水溶性液状樹脂に紫外線吸収剤を混入した水溶性保護膜であり、該マスク層除去ステップS4では、洗浄水44で該マスク層50を除去するため、マスク層50の形成及び除去を容易に行うことができる。
また、本実施形態によれば、紫外線吸収剤は、金属酸化物の微粒子であるため、マスク層50に紫外線吸収剤を容易に混入することができる。
また、本実施形態によれば、マスク層形成ステップS2は、ウエーハ100の表面101を水溶性液状樹脂に紫外線吸収剤を混入した樹脂材で覆った後、ウエーハ100と樹脂材に対して吸収性を有する波長のレーザー光線23Aを該分割予定ライン102に沿って照射し、マスク層50を除去するため、分割予定ライン102に相当する領域を除いたウエーハ100の表面101を覆うマスク層50を容易に形成することができる。
また、本実施形態によれば、デバイス103は、光を検知して信号を出力するイメージセンサであるため、このイメージセンサを紫外線から保護することができ、プラズマエッチング時におけるイメージセンサの損傷を効果的に抑制できる。
別の実施形態について説明する。上記した実施形態では、紫外線吸収剤として金属酸化物の微粒子を用いた構成を説明したが、紫外線吸収剤として金属窒化物の微粒子を用いることもできる。金属窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ジルコニウム(ZrN)、窒化ハフニウム(HfN)、六方晶窒化ホウ素(BN)、窒化チタン(TiN)などの微粒子の中から、少なくとも一以上が選択される。金属窒化物の平均粒径は、例えば10〜50[nm]に調整され、液状樹脂14に対する金属窒化物の濃度は、例えば、1〜10[%]程度、より望ましくは、2〜5[%]とすることが好ましい。
また、紫外線吸収剤として水溶性紫外線吸収剤を用いることもできる。水溶性紫外線吸収剤としては、例えば4,4’−ジカルボキシベンゾフェノン、ベンゾフェノン−4−カルボン酸、2−カルボキシアントラキノン、1,2−ナフタリンジカルボン酸、1,8−ナフタリンジカルボン酸、2,3−ナフタリンジカルボン酸、2,6−ナフタリンジカルボン酸、2,7−ナフタリンジカルボン酸等及びこれらのソーダ塩、カリウム塩、アンモニウム塩、第4級アンモニウム塩等、2,6−アントラキノンジスルホン酸ソーダ、2,7−アントラキノンジスルホン酸ソーダ、フェルラ酸などのうち少なくとも一以上が選択される。液状樹脂14に対する金属窒化物の濃度は、例えば、1〜10[%]程度、より望ましくは、2〜5[%]とすることが好ましい。
なお、本発明は、上記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。例えば、本実施形態では、マスク層形成ステップとして、マスク層50は、水溶性液状樹脂に紫外線吸収剤を混入した樹脂材をスピンコートによって形成する構成としたが、紫外線吸収剤が予め混入されたシート状のマスクをウエーハ100の表面101に貼着し、分割予定ライン102に相当する領域のマスクを除去することでマスク層50を形成してもよい。また、本実施形態では、プラズマエッチングステップS3では、プラズマエッチングにより、ウエーハ100の表面101から裏面104までの深さの溝51を形成してデバイスチップ110に分割しているが、表面101側から所望の深さの溝を形成し、裏面104側を研削することにより、デバイスチップ110に分割してもよい。
11 スピンナーテーブル
13 塗布ノズル
14 液状樹脂
21 チャックテーブル
23 レーザー光線照射手段
23A レーザー光線
30 プラズマエッチング装置
41 スピンナーテーブル
43 洗浄ノズル
44 洗浄水
50 マスク層
51 溝
100 ウエーハ
101 表面
102 分割予定ライン
103 デバイス
104 裏面
105 ダイシングテープ
106 環状フレーム
110 デバイスチップ

Claims (6)

  1. 表面に格子状の分割予定ラインが形成され、該分割予定ラインに区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハの加工方法であって、
    紫外線吸収剤が混入された材料で、該分割予定ラインに沿って溝を形成する領域を除いたウエーハの表面を覆い、ウエーハの表面にマスク層を形成するマスク層形成ステップと、
    エッチングガスとしてフッ素系安定ガスを用いて該マスク層側から該ウエーハをプラズマエッチングし、該ウエーハに該分割予定ラインに沿った溝を形成す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、該マスク層を除去するマスク層除去ステップと、を備え、
    該紫外線吸収剤は、該エッチングガスがプラズマ化して発生する紫外線を吸収し該デバイスを該紫外線から保護するウエーハの加工方法。
  2. 該マスク層は、水溶性液状樹脂に紫外線吸収剤を混入した水溶性保護膜であり、該マスク層除去ステップでは、洗浄水で該マスク層を除去する請求項1に記載のウエーハの加工方法。
  3. 該紫外線吸収剤は、酸化物または窒化物の微粒子である請求項1又は2に記載のウエーハの加工方法。
  4. 該紫外線吸収剤は、水溶性紫外線吸収剤である請求項1又は2に記載のウエーハの加工方法。
  5. 該マスク層形成ステップは、ウエーハの表面を該材料で覆った後、該ウエーハと該材料に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を該分割予定ラインに沿って照射し、該材料を除去する請求項1乃至4のいずれか一項に記載のウエーハの加工方法。
  6. 該デバイスは、イメージセンサである請求項1乃至5のいずれか一項に記載のウエーハの加工方法。
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