JP6308895B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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本発明は、マイクロマシンデバイスとなる構造体が形成されたウェーハを加工する加工方法に関する。
近年、加速度センサや圧力センサに代表されるマイクロマシンデバイス(MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスとも呼ばれる)の需要が高まっている。マイクロマシンデバイスを含むデバイスチップは、例えば、シリコン等の材料でなるウェーハの表面を複数の分割予定ラインで区画し、各領域にマイクロマシンデバイスとなる構造体を作り込んだ後、この分割予定ラインに沿ってウェーハを分割することで製造できる(例えば、特許文献1参照)。
特開2009−76823号公報
ところで、マイクロマシンデバイスを含むウェーハを切削ブレードで切削して複数のデバイスチップに分割する上述の方法では、切削屑を除去するために吹き付ける切削液の衝撃で、マイクロマシンデバイスを構成する脆弱な構造体が破損してしまうことがある。これに対して、レーザー光線を使用してウェーハを分割する方法を採用すればこの問題を回避できるが、高価なレーザー加工装置が必要になるため導入コストの点で問題が残る。
また、マイクロマシンデバイスにおいてキャビティと呼ばれる空間を形成するエッチング工程を利用して、ウェーハを分割することも考えられる。しかしながら、キャビティの形成時に分割予定ラインをエッチングしてウェーハを分割すると、その後の加工工程(追加工工程)において、分割されたデバイスチップの位置がずれ易く適切な加工は困難になる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マイクロマシンデバイスが形成されたウェーハを適切かつ低コストに加工できるウェーハの加工方法を提供することである。
本発明によれば、表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域に、可動部と該可動部に接続された固定部とを有するマイクロマシンデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、該マイクロマシンデバイスの該固定部に対応するウェーハの裏面側をレジスト膜で被覆して、該可動部に対応するウェーハの裏面側を露出させるとともに、該分割予定ラインに対応するウェーハの裏面側をレジスト膜で間欠的に被覆して、レジスト膜で被覆された被覆領域と、ウェーハの裏面が露出した該マイクロマシンデバイスの一辺より短い露出領域と、を該分割予定ラインに沿って交互に設けるレジスト膜被覆工程と、該レジスト膜被覆工程が実施されたウェーハの裏面側からプラズマエッチングを施し、ウェーハの該可動部に対応する裏面側に該可動部に達する凹部を形成するとともに、該分割予定ラインに沿って該露出領域に対応する貫通穴を形成するエッチング工程と、該エッチング工程の後にウェーハに対して所定の追加工を行う追加工工程と、該追加工工程の前または後に該レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、該レジスト膜除去工程と該追加工工程とが実施された後、ウェーハの裏面側を環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着するウェーハ支持工程と、該ダイシングテープを拡張することによりウェーハに外力を加えて該分割予定ラインに沿ってウェーハを分割する分割工程と、を含むことを特徴とするウェーハの加工方法が提供される。
本発明において、該分割予定ラインに対応する該被覆領域のレジスト膜は、該固定部に対応するウェーハの裏面側を被覆するレジスト膜よりも薄く形成され、該エッチング工程後のウェーハの該被覆領域に対応する部分の厚さは、該固定部に対応する部分の厚さよりも薄いことが好ましい。
本発明のウェーハの加工方法では、マイクロマシンデバイスの可動部に達する凹部をウェーハの裏面側に形成するエッチング工程において、分割予定ラインに沿う貫通穴を間欠的に形成し、後の分割工程で外力を加えてウェーハを分割するので、切削ブレードで切削する場合のように、切削液の衝撃等でマイクロマシンデバイスが破損することはない。
また、高価なレーザー加工装置を用いずに済むので、加工コストを低く抑えることができる。さらに、エッチング工程では、分割予定ラインに沿う貫通穴を間欠的に形成することでデバイスチップが連結された状態を保っているので、エッチング工程後の追加工工程においてデバイスチップの位置がずれることはなく、ウェーハを適切に加工できる。
このように、本発明によれば、マイクロマシンデバイスが形成されたウェーハを適切かつ低コストに加工できるウェーハの加工方法を提供できる。
図1(A)は、ウェーハの構成例を模式的に示す斜視図であり、図1(B)は、ウェーハの構成例を模式的に示す断面図である。 図2(A)は、レジスト膜被覆工程を模式的に示す平面図であり、図2(B)は、レジスト膜被覆工程を模式的に示す断面図である。 プラズマエッチング装置の構成例を模式的に示す縦断面模式図である。 図4(A)は、エッチング工程後のウェーハを模式的に示す平面図であり、図4(B)は、エッチング工程後のウェーハを模式的に示す断面図である。 ウェーハ支持工程を模式的に示す斜視図である。 図6(A)及び図6(B)は、分割工程を模式的に示す一部断面側面図である。
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係るウェーハの加工方法は、レジスト膜被覆工程(図2(A)及び図2(B)参照)、エッチング工程(図4(A)及び図4(B)参照)、追加工工程、レジスト膜除去工程、ウェーハ支持工程(図5参照)、及び分割工程(図6(A)及び図6(B)参照)を含む。
レジスト膜被覆工程では、ウェーハの表面に形成されたマイクロマシンデバイスの固定部に対応するウェーハの裏面側をレジスト膜で被覆するとともに、分割予定ラインに対応するウェーハの裏面側をレジスト膜で間欠的に被覆する。エッチング工程では、ウェーハの裏面側をプラズマエッチングして、マイクロマシンデバイスの可動部に達する凹部をウェーハの裏面側に形成するとともに、分割予定ラインに沿う貫通穴を間欠的に形成する。
追加工工程では、ウェーハに対して任意の追加工を行う。レジスト膜除去工程では、ウェーハの裏面側に残存したレジスト膜を除去する。ウェーハ支持工程では、環状のフレームに装着されたダイシングテープにウェーハを貼着し、環状のフレームでウェーハを支持する。分割工程では、ダイシングテープを拡張し、外力を付与することで、ウェーハを分割予定ラインに沿って分割する。以下、本実施形態に係るウェーハの加工方法について詳述する。
まず、本実施形態に係るウェーハの加工方法で加工されるウェーハについて説明する。図1(A)は、ウェーハの構成例を模式的に示す斜視図であり、図1(B)は、ウェーハの構成例を模式的に示す断面図である。
図1(A)に示すように、ウェーハ11は、例えば、シリコン等の半導体材料で形成された略円形の板状物であり、表面11aは、中央のデバイス領域13と、デバイス領域13を囲む外周余剰領域15とに分けられている。
デバイス領域13は、格子状に配列された分割予定ライン(ストリート)17でさらに複数の領域に区画されており、各領域には、加速度センサや圧力センサ等に代表されるマイクロマシンデバイス19が形成されている。ウェーハ11の外周11cは面取り加工されており、丸みを帯びている。
図1(B)に示すように、マイクロマシンデバイス19は、加速度、圧力等に応じて変位する可動部19aを含んでいる。可動部19aの周囲には、可動部19aを支持する固定部19bが配置されており、可動部19aの少なくとも一部は、この固定部19bに接続されている。なお、平面視における可動部19aの形状は、例えば、円形(図4(A)参照)であるが、他の形状でも良い。
本実施形態に係るウェーハの加工方法では、まず、このウェーハ11の裏面11b側をレジスト膜で被覆するレジスト膜被覆工程を実施する。図2(A)は、レジスト膜被覆工程を模式的に示す平面図であり、図2(B)は、レジスト膜被覆工程を模式的に示す断面図である。なお、図2(B)では、図2(A)のAA断面を示している。
このレジスト膜被覆工程では、例えば、レジスト膜の形成領域に対応する開口が形成されたマスク(不図示)を、ウェーハ11の裏面11b側に載置し、後のプラズマエッチングに耐性のあるレジスト材をマスクの開口に向けて滴下する。その後、乾燥・加熱等してレジスト材を硬化させ、ウェーハ11の裏面11b側からマスクを除去することで、所望のレジスト膜をウェーハ11の裏面11b側に形成できる。
図2(A)及び図2(B)に示すように、本実施形態では、マイクロマシンデバイス19の固定部19bに対応するウェーハ11の裏面11bを覆う複数のレジスト膜21を形成する。各レジスト膜21には、マイクロマシンデバイス19の可動部19aに対応する円形の開口21aが形成されており、可動部19aに対応するウェーハ11の裏面11bは露出している。
また、本実施形態では、分割予定ライン17に対応する裏面11bを分割予定ライン17に沿って間欠的に覆う複数のレジスト膜23を形成する。これにより、ウェーハ11の裏面11b側は、分割予定ライン17に沿って、各レジスト膜23で被覆された被覆領域Bと、ウェーハ11の裏面11bが露出した露出領域Cとに区分される。すなわち、分割予定ライン17に沿って被覆領域Bと露出領域Cとが交互に設けられる。
各レジスト膜23は、分割予定ライン17を挟んで隣接する2つのレジスト膜21を連結できる位置に形成される。具体的には、隣接する2つのレジスト膜23の間隔を、マイクロマシンデバイス19の一辺より短くなるように設定する。すなわち、露出領域Cの分割予定ライン17に沿う方向の長さは、マイクロマシンデバイス19の一辺より短くなる。
なお、分割予定ライン17に対応するレジスト膜23は、固定部19bに対応するレジスト膜21より薄く形成されることが好ましい。このようなレジスト膜21,23は、例えば、上述した工程を複数回繰り返すことで形成できる。また、インクジェットや、グレートーンマスクを用いるフォトリソグラフィ等の方法で、厚さの異なるレジスト膜21,23を形成しても良い。
レジスト膜被覆工程の後には、ウェーハ11の裏面11b側をプラズマエッチングするエッチング工程を実施する。図3は、エッチング工程を実施するプラズマエッチング装置の構成例を模式的に示す縦断面模式図である。
図3に示すように、プラズマエッチング装置2は、処理空間4を形成する真空チャンバ6を備えている。真空チャンバ6の側壁6aには、ウェーハ11を搬出入するための開口8が形成されている。
開口8の外部には、開口8を開閉するゲート10が取り付けられている。ゲート10の下方には、開閉装置12が設けられており、ゲート10はこの開閉装置12で上下に移動する。開閉装置12でゲート10を下方に移動させ、開口8を開くことにより、開口8を通じてウェーハ11を真空チャンバ6の処理空間4に搬入し、又は、ウェーハ11を真空チャンバ6の処理空間4から搬出できる。
真空チャンバ6の底壁6bには、排気口14が形成されている。この排気口14は、真空ポンプ等の排気装置16と接続されている。真空チャンバ6の処理空間4には、下部電極18と上部電極20とが対向するように配置されている。
下部電極18は、導電性の材料で形成されており、円盤状の保持部22と、保持部22の下面中央から下方に伸びる円柱状の支持部24とを含む。支持部24は、真空チャンバ6の底壁6bに形成された開口26に挿通されている。
開口26内において、底壁6bと支持部24との間には、絶縁性の軸受け28が配置されており、真空チャンバ6と下部電極18とは絶縁されている。下部電極18は、真空チャンバ6の外部において高周波電源30と接続されている。
保持部22の上面には、凹部が形成されており、この凹部には、ウェーハ11を載置するテーブル32が設置されている。テーブル32には、吸引路(不図示)が設けられており、この吸引路は、下部電極28の内部に形成された流路34等を通じて吸引源36と接続されている。
また、保持部22の内部には、冷却流路38が形成されている。冷却流路38の一端は、支持部24に形成された冷媒供給路40を通じて循環装置42と接続されており、冷却流路38の他端は、支持部24に形成された冷媒排出路44を通じて循環装置42と接続されている。この循環装置42を作動させると、冷媒は、冷媒供給路40、冷却流路38、冷媒排出路44の順に流れ、下部電極18を冷却する。
上部電極20は、導電性の材料で形成されており、円盤状のガス噴出部46と、ガス噴出部46の上面中央から上方に伸びる円柱状の支持部48とを含む。支持部48は、真空チャンバ6の上壁6cに形成された開口50に挿通されている。
開口50内において、上壁6cと支持部48との間には、絶縁性の軸受け52が配置されており、真空チャンバ6と上部電極20とは絶縁されている。上部電極20は、真空チャンバ6の外部において高周波電源30と接続されている。また、支持部48の上端部は、昇降機構56の支持アーム58に連結されており、上部電極20は、この昇降機構56で上下に移動する。
ガス噴出部46の下面には、複数のガス噴出口60が形成されている。このガス噴出口60は、流路62等を通じてガス供給源64に接続されている。これにより、エッチング用の原料ガスを真空チャンバ6内の処理空間4に供給できる。
エッチング工程では、まず、開閉機構12でゲート10を下降させる。次に、開口8を通じてウェーハ11を真空チャンバ6の処理空間4に搬入し、下部電極18のテーブル32に載置する。なお、このエッチング工程では、裏面11b側を上方に露出させるようにウェーハ11をテーブル32上に載置する。また、ウェーハ11の搬入時には、昇降機構56で上部電極20を上昇させて、ウェーハ11の搬入スペースを確保しておく。
その後、吸引源36の負圧を作用させて、ウェーハ11をテーブル32上に固定する。また、開閉機構12でゲート10を上昇させて、処理空間4を密閉する。さらに、下部電極18と上部電極20とがプラズマエッチングに適した所定の位置関係となるように、昇降機構56で上部電極20を下降させる。また、排気装置16を作動させて、処理空間4を真空(低圧)とする。
この状態で、ガス供給源64からエッチング用の原料ガスを所定の流量で供給しつつ、高周波電源30で下部電極18及び上部電極20に所定の高周波電力を供給すると、下部電極18及び上部電極20との間にラジカルやイオンを含むプラズマが発生する。これにより、ウェーハ11の裏面11b側はエッチング(プラズマエッチング)される。なお、エッチング用の原料ガスは、ウェーハ11の材質等に応じて適切に選択される。
図4(A)は、エッチング工程後のウェーハを模式的に示す平面図であり、図4(B)は、エッチング工程後のウェーハを模式的に示す断面図である。なお、図4(B)では、図4(A)のAA断面を示している。また、図4(A)及び図4(B)では、レジスト膜21,23が除去された状態のウェーハ11を示している。
上述のように、固定部19bに対応するウェーハ11の裏面11bは、レジスト膜21で被覆されている。そのため、図4(A)及び図4(B)に示すように、固定部19bに対応するウェーハ11の裏面11b側は、エッチング工程で殆ど除去されずに残る。
一方、可動部19aに対応するウェーハ11の裏面11bは、上述のようにレジスト膜21で被覆されずに露出している。そのため、可動部19aに対応するウェーハ11の裏面11b側はエッチングで除去される。
これにより、固定部19bを支持する支持部25と、可動部19aに対応する凹部25aとが形成される。なお、凹部25aは、可動部19aに達する深さに形成される。すなわち、図4(A)に示すように、可動部19aは、凹部25aを通じてウェーハ11の裏面11b側に露出する。
また、分割予定ライン17に対応するウェーハ11の裏面11bは、上述のようにレジスト膜23で間欠的に被覆されている。そのため、主に、レジスト膜23で被覆されていない露出領域Cがエッチングで除去される。これにより、被覆領域Bに対応する連結部27と、露出領域Cに対応する貫通穴27aとが形成される。
上述のように、レジスト膜23は、分割予定ライン17を挟んで隣接する2つのレジスト膜21を連結するように形成されているので、分割予定ライン17を挟んで隣接する2つの支持部25も連結部27で連結される。
また、本実施形態では、レジスト膜23がレジスト膜21より薄く形成されているので、エッチングが進行するとレジスト膜23は消失し、被覆領域Bもある程度除去される。その結果、支持部25より薄い連結部27が形成される。
エッチング工程の後には、追加工工程及びレジスト膜除去工程を実施する。追加工工程では、マイクロマシンデバイス19の補強構造を形成する工程や、マイクロマシンデバイス19にキャビティを形成する工程等を実施する。ただし、加工の内容はこれらに限定されず、任意に設定できる。
レジスト膜除去工程では、ウェーハ11の裏面11b側に残存しているレジスト膜21をアッシング等の方法で除去する。なお、レジスト膜21,23を同程度の厚さに形成する場合には、レジスト膜23も残存している可能性が高い。このように、レジスト膜23が残存している場合には、レジスト膜除去工程においてレジスト膜23も併せて除去する。
なお、追加工工程及びレジスト膜除去工程の順序は、特に限定されない。追加工工程を実施した後にレジスト膜除去工程を実施しても良いし、レジスト膜除去工程を実施した後に追加工工程を実施しても良い。
追加工工程及びレジスト膜除去工程の後には、ウェーハ支持工程を実施する。図5は、ウェーハ支持工程を模式的に示す斜視図である。図5に示すように、ウェーハ支持工程では、ウェーハ11の裏面11b側にウェーハ11より大径のダイシングテープ31を貼着する。
また、ダイシングテープ31の外周部には、環状のフレーム33を装着しておく。これにより、ウェーハ11は、ダイシングテープ31を介して環状のフレーム33に支持される。
ウェーハ支持工程の後には、分割予定ライン17に沿ってウェーハ11を分割する分割工程を実施する。図6(A)及び図6(B)は、分割工程を模式的に示す一部断面側面図である。
図6(A)に示すように、分割工程は、エキスパンド装置72で実施される。エキスパンド装置72は、ウェーハ11を支持する支持構造74と、ウェーハ11の裏面11b側に貼着されたダイシングテープ31を拡張する円筒状の拡張ドラム76とを備えている。拡張ドラム76の内径は、ウェーハ11の外径より大きく、拡張ドラム76の外径は、フレーム33の内径より小さい。
支持構造74は、フレーム33を支持する環状のフレーム支持テーブル78を含む。このフレーム支持テーブル78の上面は、フレーム33を載置する載置面となっている。フレーム支持テーブル78の外周部分には、フレーム33を固定する複数のクランプ80が設けられている。
支持構造74の下方には、昇降機構82が設けられている。昇降機構82は、基台(不図示)に固定されたシリンダケース84と、シリンダケース84に挿通されたピストンロッド86とを備えている。ピストンロッド86の上端部には、フレーム支持テーブル78が固定されている。
この昇降機構82は、フレーム支持テーブル78の上面(載置面)を、拡張ドラム76の上端と略等しい高さの基準位置と、拡張ドラム76の上端より下方の拡張位置と、に位置付けるように支持構造74を昇降させる。
分割工程では、まず、図6(A)に示すように、基準位置に位置付けられたフレーム支持テーブル78の上面にウェーハ11を支持したフレーム33を載置し、クランプ80で固定する。これにより、拡張ドラム76の上端は、ウェーハ11の外周とフレーム33の内周との間に位置するダイシングテープ31に接触する。
次に、昇降機構82で支持構造74を下降させて、図6(B)に示すように、フレーム支持テーブル78の上面を拡張ドラム76の上端より下方の拡張位置に位置付ける。その結果、拡張ドラム76はフレーム支持テーブル78に対して上昇し、ダイシングテープ31は拡張ドラム76で押し上げられるように拡張する。
上述のように、ウェーハ11には、分割予定ライン17に沿って間欠的に貫通穴27aが形成されている。そのため、ダイシングテープ31を拡張して外力を付与すると、ウェーハ11は、貫通穴27aを起点に複数のデバイスチップ35に分割される。
以上のように、本実施形態に係るウェーハの加工方法では、マイクロマシンデバイス19の可動部19aに達する凹部25aをウェーハ11の裏面11b側に形成するエッチング工程において、分割予定ライン17に沿う貫通穴27aを間欠的に形成し、後の分割工程で外力を加えてウェーハ11を分割するので、切削ブレードで切削する場合のように、切削液の衝撃等でマイクロマシンデバイス19が破損することはない。
また、高価なレーザー加工装置を用いずに済むので、加工コストを低く抑えることができる。さらに、エッチング工程では、分割予定ライン17に沿う貫通穴27aを間欠的に形成することでデバイスチップ35が連結された状態を保っているので、エッチング工程後の追加工工程においてデバイスチップ35の位置がずれてしまうことはなく、ウェーハ11を適切に追加工できる。
また、本実施形態に係るウェーハの加工方法では、レジスト膜23をレジスト膜21より薄く形成することで、連結部27は支持部25より薄く形成されるので、後の分割工程において、薄い連結部27を起点にウェーハ11を適切に分割できる。
なお、上記実施形態に係る構成、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
11a 表面
11b 裏面
11c 外周
13 デバイス領域
15 外周余剰領域
17 分割予定ライン(ストリート)
19 マイクロマシンデバイス
19a 可動部
19b 固定部
21 レジスト膜
21a 開口
23 レジスト膜
25 支持部
25a 凹部
27 連結部
27a 貫通穴
31 ダイシングテープ
33 フレーム
35 デバイスチップ
B 被覆領域
C 露出領域
2 プラズマエッチング装置
4 処理空間
6 真空チャンバ
6a 側壁
6b 底壁
6c 上壁
8 開口
10 ゲート
12 開閉機構
14 排気口
16 排気装置
18 下部電極
20 上部電極
22 保持部
24 支持部
26 開口
28 軸受け
30 高周波電源
32 テーブル
34 流路
36 吸引源
38 冷却流路
40 冷媒導入路
42 循環装置
44 冷媒排出路
46 ガス噴出部
48 支持部
50 開口
52 軸受け
56 昇降機構
58 支持アーム
60 噴出口
62 流路
64 ガス供給源
72 エキスパンド装置
74 支持構造
76 拡張ドラム
78 フレーム支持テーブル
80 クランプ
82 昇降機構
84 シリンダケース
86 ピストンロッド

Claims (2)

  1. 表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域に、可動部と該可動部に接続された固定部とを有するマイクロマシンデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、
    該マイクロマシンデバイスの該固定部に対応するウェーハの裏面側をレジスト膜で被覆して、該可動部に対応するウェーハの裏面側を露出させるとともに、該分割予定ラインに対応するウェーハの裏面側をレジスト膜で間欠的に被覆して、レジスト膜で被覆された被覆領域と、ウェーハの裏面が露出した該マイクロマシンデバイスの一辺より短い露出領域と、を該分割予定ラインに沿って交互に設けるレジスト膜被覆工程と、
    該レジスト膜被覆工程が実施されたウェーハの裏面側からプラズマエッチングを施し、ウェーハの該可動部に対応する裏面側に該可動部に達する凹部を形成するとともに、該分割予定ラインに沿って該露出領域に対応する貫通穴を形成するエッチング工程と、
    該エッチング工程の後にウェーハに対して所定の追加工を行う追加工工程と、
    該追加工工程の前または後に該レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、
    該レジスト膜除去工程と該追加工工程とが実施された後、ウェーハの裏面側を環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着するウェーハ支持工程と、
    該ダイシングテープを拡張することによりウェーハに外力を加えて該分割予定ラインに沿ってウェーハを分割する分割工程と、を含むことを特徴とするウェーハの加工方法。
  2. 該分割予定ラインに対応する該被覆領域のレジスト膜は、該固定部に対応するウェーハの裏面側を被覆するレジスト膜よりも薄く形成され、該エッチング工程後のウェーハの該被覆領域に対応する部分の厚さは、該固定部に対応する部分の厚さよりも薄い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。
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