JP6315470B2

JP6315470B2 - 分割方法

Info

Publication number: JP6315470B2
Application number: JP2014184308A
Authority: JP
Inventors: 宏行高橋; 健志岡崎; 吉輝西田; 智隆田渕; 晋横尾
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: JP2016058577A

Description

本発明は、ストリートに沿ってＴＥＧ（Test Elements Group）が形成されたウェーハを分割する分割方法に関する。

携帯電話に代表される小型軽量な電子機器では、ＩＣ等の電子回路（デバイス）を備えるデバイスチップが必須の構成となっている。デバイスチップは、例えば、シリコン等の材料でなる半導体基板の表面をストリートと呼ばれる複数の分割予定ラインで区画し、各領域にデバイスを形成した後、このストリートに沿って半導体基板を分割することで製造できる。

近年、デバイスの配線間をＬｏｗ−ｋ膜と呼ばれる低誘電率絶縁膜で絶縁する技術が実用化されている。配線間の絶縁にＬｏｗ−ｋ膜を用いることで、プロセスの微細化により配線の間隔が狭くなっても、配線間に生じる静電容量を小さく抑え、信号の遅延を抑制できる。これにより、デバイスの処理能力は高く維持される。

上述したＬｏｗ−ｋ膜は、複数の層を重ねて形成されており、その機械的強度は低い。そのため、例えば、半導体基板を切削ブレードで切削して分割すると、Ｌｏｗ−ｋ膜は半導体基板から剥離してしまう。この問題に対し、レーザー光線を照射してＬｏｗ−ｋ膜の一部を除去した後に半導体基板を切削する加工方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この加工方法では、まず、半導体基板の表面側からストリートに沿ってレーザー光線を照射し、Ｌｏｗ−ｋ膜の一部をアブレーションで除去する。その後、Ｌｏｗ−ｋ膜が除去された領域を切削ブレードで切削すれば、Ｌｏｗ−ｋ膜の剥離の可能性を低く抑えながら半導体基板を分割できる。

ところで、半導体基板のストリートには、ＴＥＧ（Test Elements Group）と呼ばれるテスト用の素子が配置されることがある。この半導体基板の分割に上述の加工方法を適用すると、ＴＥＧに含まれる金属パターンでレーザー光線が遮られ、Ｌｏｗ−ｋ膜を適切に除去できない。レーザー光線の出力を高めればＬｏｗ−ｋ膜を除去できるが、その場合、デブリが飛散し易くなってデバイスチップの品質も低下してしまう。

この半導体基板を分割するために、プラズマエッチングを利用した加工方法を採用することも考えられる（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、シリコン等の材料でなる半導体基板を加工するプラズマエッチングでは、ＴＥＧに含まれる金属パターンを適切に除去できない。

特開２００３−３２０４６６号公報特開２００６−１２０８３４号公報

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、ストリートに沿ってＴＥＧが形成されたウェーハを適切に分割できる分割方法を提供することである。

本発明によれば、半導体基板の表面側を格子状のストリートで区画した複数の領域にデバイスが形成され、該ストリートと重なる領域にＴＥＧが形成され、該デバイスと該ＴＥＧとの間に低誘電率絶縁膜が形成されたウェーハを該ストリートに沿って分割する分割方法であって、該ウェーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、該保護部材貼着工程の後、該ウェーハの裏面側の該デバイスに対応する部分にレジスト膜を被覆するレジスト膜被覆工程と、該レジスト膜が被覆された該ウェーハの裏面側から該半導体基板を除去するためのプラズマエッチングを施し、該半導体基板の該ストリートに対応する部分を除去して該ストリートに形成された該低誘電率絶縁膜を露出させる第１のエッチング工程と、該第１のエッチング工程が施された該ウェーハの裏面側から該低誘電率絶縁膜を除去するためのプラズマエッチングを施し、該デバイスと該ＴＥＧとの間に形成された該低誘電率絶縁膜を除去する第２のエッチング工程と、該第２のエッチング工程の後、該レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、該レジスト膜が除去された該ウェーハの裏面側を粘着テープに貼着し、該粘着テープを介して環状のフレームに該ウェーハを保持させるウェーハ保持工程と、該環状のフレームに保持された該ウェーハの表面から該保護部材を剥離することで、該ＴＥＧに対応する残存部を除去する保護部材除去工程と、を含むことを特徴とする分割方法が提供される。

本発明において、該レジスト膜被覆工程の前に、該ウェーハの裏面を研削して該ウェーハを所望の厚さにする裏面研削工程をさらに含むことが好ましい。

本発明に係る分割方法では、ウェーハの裏面側にプラズマエッチングを施して、ストリートと重なる半導体基板及び低誘電率絶縁膜を除去し、その後、ウェーハの表面に貼着された保護部材を剥離する。

このように、ストリートと重なる半導体基板及び低誘電率絶縁膜をプラズマエッチングによって除去することで、ストリートのＴＥＧに対応して残存する残存部は、保護部材で支持された状態になる。よって、保護部材をウェーハから剥離すれば、ＴＥＧに対応する残存部を除去してウェーハを適切に分割できる。

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、保護部材貼着工程を模式的に示す断面図であり、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り、図２（Ｃ）は、第１のエッチング工程を模式的に示す断面図である。図３（Ａ）は、第１の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り、図３（Ｂ）は、第２のエッチング工程を模式的に示す断面図であり、図３（Ｃ）は、第２のエッチング工程後のウェーハ１１を模式的に示す断面図である。図４（Ａ）は、レジスト膜除去工程を模式的に示す断面図であり、図４（Ｂ）は、ウェーハ保持工程を模式的に示す断面図であり、図４（Ｃ）は、保護部材除去工程を模式的に示す断面図である。

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。本実施形態に係る分割方法は、保護部材貼着工程（図２（Ａ）参照）、レジスト膜被覆工程（図２（Ｂ）参照）、第１のエッチング工程（図２（Ｃ）及び図３（Ａ）参照）、第２のエッチング工程（図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）参照）、レジスト膜除去工程（図４（Ａ）参照）、ウェーハ保持工程（図４（Ｂ）参照）、及び保護部材除去工程（図４（Ｃ）参照）を含む。

保護部材貼着工程では、デバイス及びＴＥＧが形成されたウェーハの第１面（表面）に保護部材を貼着する。レジスト膜被覆工程では、ウェーハの第２面（裏面）側のデバイスに対応する部分にレジスト膜を被覆する。第１のエッチング工程では、ウェーハを構成する半導体基板のストリートに対応する部分を第２面側からのプラズマエッチングで除去する。

第２のエッチング工程では、低誘電率絶縁膜のストリートに対応する部分（デバイスとＴＥＧとの間に形成された低誘電率絶縁膜）を第２面側からのプラズマエッチングで除去する。レジスト膜除去工程では、ウェーハの第２面側を被覆するレジスト膜を除去する。

ウェーハ保持工程では、ウェーハの第２面側に粘着テープを貼着し、この粘着テープを介してウェーハを環状のフレームに保持させる。保護部材除去工程では、ウェーハの第１面に貼着された保護部材を剥離して、ＴＥＧに対応してストリートに残存する残存部を除去する。以下、本実施形態に係る分割方法について詳述する。

まず、本実施形態の分割方法で分割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）及び図１（Ｂ）に示すように、本実施形態のウェーハ１１は、シリコン等の半導体材料でなる円盤状の半導体基板１３を含む。半導体基板１３の第１面（表面）１３ａ側は、中央のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに分けられている。

デバイス領域は、格子状に配列されたストリート（分割予定ライン）１５でさらに複数の領域に区画されており、各領域にはＩＣ等のデバイス１７ａが形成されている。一方、ストリート１５と重なる領域には、図１（Ｂ）に示すように、テスト用の素子であるＴＥＧ（Test Elements Group）１７ｂが配置されている。

半導体基板１３の第１面１３ａには、Ｌｏｗ−ｋ膜と呼ばれる複数の低誘電率絶縁膜１９と、配線等を構成する複数の金属パターン２１とが積層形成されている。この低誘電率絶縁膜１９及び金属パターン２１によって、上述したデバイス１７ａ及びＴＥＧ１７ｂの配線層が構成されている。なお、低誘電率絶縁膜１９は、デバイス１７ａとＴＥＧ１７ｂとの間の領域にも配置されている。

本実施形態の分割方法では、まず、ウェーハ１１の第１面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程を実施する。図２（Ａ）は、保護部材貼着工程を模式的に示す断面図である。この保護部材貼着工程では、ウェーハ１１と同等以上の径を有する保護部材２３をウェーハ１１の第１面（半導体基板１３の第１面１３ａ側）に貼着する。

これにより、ウェーハ１１の第１面全体を保護部材２３で覆って保護できる。保護部材２３としては、例えば、後述するプラズマエッチングに耐性のある半導体ウェーハ、ガラス基板、金属基板、樹脂基板、粘着テープ等を用いることが好ましい。

保護部材貼着工程の後には、ウェーハ１１の第２面側（半導体基板１３の第２面（裏面）１３ｂ側）のデバイス１７ａに対応する部分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（Ｂ）は、レジスト膜被覆工程を模式的に示す断面図である。

レジスト膜被覆工程では、まず、ウェーハ１１の第２面側を、後述するプラズマエッチングに耐性のあるネガ型又はポジ型のフォトレジストで被覆する。次に、デバイス１７ａに対応して光を透過する透過パターン、又はデバイス１７ａに対応して光を遮蔽する遮蔽パターンを備えたフォトマスクを用い、ウェーハ１１の第２面側を被覆するフォトレジストを露光、現像してレジスト膜２５を形成する。

これにより、ウェーハ１１の第２面側のデバイス１７ａに対応する部分をプラズマエッチングに耐性のあるレジスト膜２５で覆い、ウェーハ１１の第２面側のストリート１５に対応する部分を露出させることができる。

なお、レジスト膜２５の形成方法は、これに限定されない。例えば、デバイス１７ａに対応する複数の開口を備えたテンプレートをウェーハ１１の第２面側に重ね、デバイス１７ａに対応するウェーハ１１の第２面側にレジスト材を滴下して硬化させる方法でレジスト膜２５を形成しても良い。

また、このレジスト膜被覆工程の前には、第２面側を研削してウェーハ１１を所望の厚さまで薄くする研削工程（裏面研削工程）を実施しても良い。この研削工程でウェーハ１１を薄くすれば、ウェーハ１１から分割されるデバイスチップを小型化、軽量化できる。また、ウェーハ１１を薄くすることで、後のプラズマエッチングに要する時間を短縮できる。

レジスト膜被覆工程の後には、半導体基板１３のストリート１５に対応する部分を第２面側からのプラズマエッチングで除去する第１のエッチング工程を実施する。図２（Ｃ）は、第１のエッチング工程を模式的に示す断面図であり、図３（Ａ）は、第１のエッチング工程後のウェーハ１１を模式的に示す断面図である。

第１のエッチング工程では、まず、一対の電極を備えた真空チャンバ（不図示）の処理空間内にウェーハ１１を搬入し、このウェーハ１１を第２面側が露出するように電極間に載置する。次に、処理空間を密閉して排気しつつ、プラズマエッチング用のガスを所定の流量で供給する。この状態で、電極に所定の高周波電力を供給すると、電極間にラジカルやイオンを含むプラズマが発生し、図２（Ｃ）に示すように、ストリート１５に対応する半導体基板１３の第２面１３ｂ側をプラズマエッチングできる。

例えば、半導体基板１３がシリコンでなる場合、シリコンのプラズマエッチングに適したＳＦ_６等のガスをプラズマエッチング用のガスとして用いると良い。ただし、プラズマエッチング用のガスは、半導体基板１３の材質に応じて変更される。また、電極に供給される電力やガスの流量等の条件は、半導体基板１３を除去できる範囲で設定される。

半導体基板１３のストリート１５に対応する部分が除去されると、第１のエッチング工程は終了する。第１のエッチング工程が終了すると、図３（Ａ）に示すように、ストリート１５に対応する部分には、ＴＥＧ１７ｂの配線層（残存部）１７ｃ等が残存する。

第１のエッチング工程の後には、低誘電率絶縁膜１９のストリート１５に対応する部分を第２面側からのプラズマエッチングで除去する第２のエッチング工程を実施する。図３（Ｂ）は、第２のエッチング工程を模式的に示す断面図であり、図３（Ｃ）は、第２のエッチング工程後のウェーハ１１を模式的に示す断面図である。

第２のエッチング工程は、第１のエッチング工程と同様に実施される。すなわち、真空チャンバの処理空間を密閉して排気しつつ、プラズマエッチング用のガスを所定の流量で供給する。この状態で、電極に所定の高周波電力を供給すると、電極間にラジカルやイオンを含むプラズマが発生し、図３（Ｂ）に示すように、ストリート１５に対応する低誘電率絶縁膜１９をプラズマエッチングできる。

例えば、低誘電率絶縁膜１９が、ＳｉＯ_２（比誘電率：３．９〜４．３程度）やＳｉＯＣ（比誘電率：２．７〜２．９程度）等でなる場合、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、Ｏ_２、Ａｒの混合ガスをプラズマエッチング用のガスとして用いると良い。ただし、プラズマエッチング用のガスは、低誘電率絶縁膜１９の材質に応じて変更される。また、電極に供給される電力やガスの混合比、流量等の条件は、低誘電率絶縁膜１９を除去できる範囲で設定される。

図３（Ｃ）に示すように、配線層１７ｃの金属パターン２１と重ならない低誘電率絶縁膜１９が除去されると、第２のエッチング工程は終了する。第２のエッチング工程の終了後には、デバイス１７ａとＴＥＧ１７ｂ（配線層１７ｃ）との間に形成された低誘電率絶縁膜１９は除去され、配線層１７ｃは、保護部材２３で支持される。

第２のエッチング工程の後には、ウェーハ１１の第２面側を被覆するレジスト膜２５を除去するレジスト膜除去工程を実施する。図４（Ａ）は、レジスト膜除去工程を模式的に示す断面図である。レジスト膜除去工程では、例えば、レジスト膜２５をアッシング等の方法で除去する。図４（Ａ）に示すように、レジスト膜２５が除去され、ウェーハ１１の第２面側が露出した状態になると、レジスト膜除去工程は終了する。

レジスト膜除去工程の後には、ウェーハ１１の第２面に粘着テープを貼着し、この粘着テープを介してウェーハ１１を環状のフレームで保持するウェーハ保持工程を実施する。図４（Ｂ）は、ウェーハ保持工程を模式的に示す断面図である。

ウェーハ保持工程では、まず、露出しているウェーハ１１の第２面（半導体基板１３の第２面１３ｂ）に、ウェーハ１１より大径の粘着テープ２７を貼着する。そして、ウェーハ１１を囲む環状のフレーム（不図示）を粘着テープ２７に固定する。これにより、ウェーハ１１は、粘着テープ２７を介して環状のフレームに保持される。

ウェーハ保持工程の後には、ウェーハ１１の第１面側に貼着された保護部材２３を剥離して配線層１７ｃを除去する保護部材除去工程を実施する。図４（Ｃ）は、保護部材除去工程を模式的に示す断面図である。

保護部材除去工程では、図４（Ｃ）に示すように、保護部材２３をウェーハ１１の第１面側から剥離する。上述のように、配線層１７ｃは保護部材２３で支持されているので、保護部材２３をウェーハ１１から剥離すると、配線層１７ｃも除去される。その結果、粘着テープ２７には、ウェーハ１１をストリート１５に沿って分割したデバイスチップが残る。

以上のように、本実施形態に係る分割方法では、ウェーハ１１の第２面側にプラズマエッチングを施して、ストリート１５と重なる半導体基板１３及び低誘電率絶縁膜１９を除去し、その後、ウェーハ１１の第１面に貼着された保護部材２３を剥離する。

このように、ストリート１５と重なる半導体基板１３及び低誘電率絶縁膜１９をプラズマエッチングによって除去することで、ストリート１５のＴＥＧ１７ｂに対応して残存する配線層（残存部）１７ｃは、保護部材２３で支持された状態になる。よって、保護部材２３をウェーハ１１から剥離すれば、配線層１７ｃを除去してウェーハ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
１３半導体基板
１３ａ第１面（表面）
１３ｂ第２面（裏面）
１５ストリート（分割予定ライン）
１７ａデバイス
１７ｂＴＥＧ
１７ｃ配線層（残存部）
１９低誘電率絶縁膜
２１金属パターン
２３保護部材
２５レジスト膜
２７粘着テープ

Claims

半導体基板の表面側を格子状のストリートで区画した複数の領域にデバイスが形成され、該ストリートと重なる領域にＴＥＧが形成され、該デバイスと該ＴＥＧとの間に低誘電率絶縁膜が形成されたウェーハを該ストリートに沿って分割する分割方法であって、
該ウェーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、
該保護部材貼着工程の後、該ウェーハの裏面側の該デバイスに対応する部分にレジスト膜を被覆するレジスト膜被覆工程と、
該レジスト膜が被覆された該ウェーハの裏面側から該半導体基板を除去するためのプラズマエッチングを施し、該半導体基板の該ストリートに対応する部分を除去して該ストリートに形成された該低誘電率絶縁膜を露出させる第１のエッチング工程と、
該第１のエッチング工程が施された該ウェーハの裏面側から該低誘電率絶縁膜を除去するためのプラズマエッチングを施し、該デバイスと該ＴＥＧとの間に形成された該低誘電率絶縁膜を除去する第２のエッチング工程と、
該第２のエッチング工程の後、該レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、
該レジスト膜が除去された該ウェーハの裏面側を粘着テープに貼着し、該粘着テープを介して環状のフレームに該ウェーハを保持させるウェーハ保持工程と、
該環状のフレームに保持された該ウェーハの表面から該保護部材を剥離することで、該ＴＥＧに対応する残存部を除去する保護部材除去工程と、を含むことを特徴とする分割方法。
該レジスト膜被覆工程の前に、該ウェーハの裏面を研削して該ウェーハを所望の厚さにする裏面研削工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の分割方法。