JP7570860B2

JP7570860B2 - ウエーハの加工方法

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Publication number: JP7570860B2
Application number: JP2020155652A
Authority: JP
Inventors: 稔鈴木
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2024-10-22
Anticipated expiration: 2040-09-16
Also published as: CN114267637A; JP2022049438A; US20220084886A1

Description

本発明は、ウエーハをプラズマエッチングによって分割する加工方法に関する。

表面にパッシベーション膜が形成されたウエーハのパッシベーション膜の上に水溶性樹脂を被覆し、水溶性樹脂の膜が形成された面からレーザー光線を照射して分割予定ラインに形成された水溶性樹脂の膜とパッシベーション膜を除去してマスクを形成し、その後表面側からプラズマエッチングをしてウエーハを個片化する加工方法が知られている(例えば、特許文献１、２参照)。

特開２０１９－０７１３３３号公報特開２０１８－００６５８７号公報

しかしながら、水溶性樹脂の膜を介して、水溶性樹脂の膜とパッシベーション膜とを除去しようとすると、水溶性樹脂に含まれた成分によりレーザー光線が散乱し、パッシベーション膜が散乱光により意図しない領域まで加工され剥がれてしまうという問題があった。また、水溶性樹脂を加工できるレーザー出力は、パッシベーション膜を加工するには強すぎる。そのため、水溶性樹脂を介してパッシベーション膜を除去しようとすると、水溶性樹脂から抜けてパッシベーション膜に照射される抜け光が発生し、抜け光の熱によりパッシベーション膜が剥がれてしまうという問題が発生した。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パッシベーション膜が形成されたウエーハをプラズマエッチングによって分割する際に、パッシベーション膜が散乱光や抜け光により剥がされてしまう恐れを抑制できるウエーハの加工方法を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のウエーハの加工方法は、表面にパッ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、分割予定ラインに積層された該パッシベーション膜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該パッシベーション膜を除去し、半導体基板を分割予定ラインに沿って露出させるパッシベーション膜除去ステップと、該パッシベーション膜除去ステップの後に、該ウエーハの表面に樹脂を被覆して保護膜を形成する保護膜形成ステップと、該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該保護膜を除去し、半導体基板を分割予定ラインに沿って露出させる保護膜除去ステップと、該デバイスを覆う該保護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ステップと、から少なくとも構成されるものである。

該保護膜形成ステップにおいて使用する液状の樹脂は水溶性樹脂であり、該分割ステップの後に、該デバイスに被覆された保護膜を水で洗浄して、該保護膜を除去する保護膜洗浄ステップをさらに備えてもよい。

該パッシベーション膜は、ＳｉＯ_２膜、窒化膜、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ってもよい。

本発明は、パッシベーション膜が形成されたウエーハをプラズマエッチングによって分割する際に、パッシベーション膜が散乱光や抜け光により剥がされてしまう恐れを抑制できる。

図１は、実施形態に係るウエーハの加工方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。図２は、図１のウエーハの加工方法の加工対象であるウエーハの一例を示す斜視図である。図３は、図１のパッシベーション膜除去ステップ及び保護膜形成ステップを説明する断面図である。図４は、図１のパッシベーション膜除去ステップを説明する断面図である。図５は、図１の保護膜形成ステップを説明する断面図である。図６は、図１の保護膜除去ステップ、分割ステップ及び保護膜洗浄ステップを説明する断面図である。図７は、図１の保護膜除去ステップを説明する断面図である。図８は、図１の分割ステップを説明する断面図である。図９は、図１の保護膜洗浄ステップを説明する断面図である。

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。

〔実施形態〕
本発明の実施形態に係るウエーハの加工方法を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るウエーハの加工方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。図２は、図１のウエーハの加工方法の加工対象であるウエーハ１００の一例を示す斜視図である。図３は、図１のパッシベーション膜除去ステップ１００１及び保護膜形成ステップ１００２を説明する断面図である。図４は、図１のパッシベーション膜除去ステップ１００１を説明する断面図である。図４は、図３の紙面に直交し、任意の分割予定ライン１０３に沿う方向を含む面における断面図である。図５は、図１の保護膜形成ステップ１００２を説明する断面図である。図６は、図１の保護膜除去ステップ１００３、分割ステップ１００４及び保護膜洗浄ステップ１００５を説明する断面図である。図７は、図１の保護膜除去ステップ１００３を説明する断面図である。図７は、図６の紙面に直交し、任意の分割予定ライン１０３に沿う方向を含む面における断面図である。図８は、図１の分割ステップ１００４を説明する断面図である。図９は、図１の保護膜洗浄ステップ１００５を説明する断面図である。実施形態に係るウエーハの加工方法は、図１に示すように、パッシベーション膜除去ステップ１００１と、保護膜形成ステップ１００２と、保護膜除去ステップ１００３と、分割ステップ１００４と、保護膜洗浄ステップ１００５と、を備える。

本実施形態に係るウエーハの加工方法の加工対象であるウエーハ１００は、シリコンを母材とする円板状の半導体基板１０１を有する。ウエーハ１００は、図２に示すように、半導体基板１０１の表面１０２に格子状に形成される複数の分割予定ライン１０３によって区画された領域にチップサイズのデバイス１０４が形成されている。なお、ウエーハ１００の半導体基板１０１は、本発明ではこれに限定されず、例えば、サファイア、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ガリウムヒ素などを母材としてもよい。

デバイス１０４を含む半導体基板１０１は、図２に示すように、表面１０２の全面にパッシベーション膜１０６が積層されている。パッシベーション膜１０６は、後述する分割ステップ１００４で実施するプラズマエッチングによるエッチングレート（エッチング速度）が半導体基板１０１よりも低く、例えばエッチングレートが半導体基板１０１の１０分の１以下である場合が多い。パッシベーション膜１０６は、デバイス１０４が形成された半導体基板１０１がシリコン基板である本実施形態では、ＳｉＯ_２膜、窒化膜、ポリイミド膜のいずれかであり、これらの場合、エッチングレートがシリコン基板の７００分の１～１００分の１程度である。パッシベーション膜１０６は、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で積層され、外部からの汚染や不純物などの進入からデバイス１０４を保護する。また、パッシベーション膜１０６は、絶縁膜の機能を果たすこともあり、誘電率が低い層間絶縁膜材料からなるｌｏｗ－ｋ膜もパッシベーション膜１０６の一種である。なお、パッシベーション膜１０６は、本発明ではこれに限定されず、半導体基板１０１の母材に応じて、種々の化合物の膜が使用される。

ウエーハ１００は、本実施形態では、図２に示すように、表面１０２の裏側の裏面１０７に粘着テープ１０８が貼着され、粘着テープ１０８の外縁部に環状のフレーム１０９が装着されて、各ステップの処理が施されるが、本発明ではこれに限定されない。環状のフレーム１０９を使用せずに粘着テープ１０８のみでウエーハ１００を保持しても良いし、ガラスやシリコンなどの基板にワックスなどの粘着材を介してウエーハ１００を保持しても良い。

パッシベーション膜除去ステップ１００１は、図３及び図４に示すように、レーザー加工装置１０により、分割予定ライン１０３にレーザー光線１２を照射して、分割予定ライン１０３に積層されたパッシベーション膜１０６を除去し、半導体基板１０１を分割予定ライン１０３に沿って露出させるステップである。

パッシベーション膜除去ステップ１００１では、まず、ウエーハ１００の裏面１０７に粘着テープ１０８を貼着し、レーザー加工装置１０の保持テーブル１５により、粘着テープ１０８を介してウエーハ１００の裏面１０７側を保持面１６で保持する。ここで、保持テーブル１５は、本実施形態では、例えば、凹部が形成された円盤状の枠体と、凹部内に嵌め込まれ、多数のポーラス孔を備えたポーラスセラミック等から形成された円盤形状の吸着部と、を備え、吸着部の上面が、不図示の吸引源から導入される負圧によりウエーハ１００を吸引保持する保持面１６である。

パッシベーション膜除去ステップ１００１では、次に、図４に示すように、レーザー加工装置１０のレーザー発振器１１によりパッシベーション膜１０６に対して吸収性を有する波長のレーザー光線１２を発振してパッシベーション膜１０６に照射しながら、例えばレーザー発振器１１に対して保持テーブル１５をウエーハ１００の表面１０２に平行な方向に沿って移動させる不図示の移動ユニットにより、レーザー光線１２とパッシベーション膜１０６が形成されたウエーハ１００とを分割予定ライン１０３に沿って相対的に移動することにより、分割予定ライン１０３上のパッシベーション膜１０６をレーザー光線１２により昇華もしくは蒸発させるいわゆるアブレーション加工して、分割予定ライン１０３に積層されたパッシベーション膜１０６を除去する。パッシベーション膜除去ステップ１００１では、これにより、図３に示すように、分割予定ライン１０３に沿ってパッシベーション膜１０６の厚みに相当する深さの加工溝１１９を形成する。

パッシベーション膜除去ステップ１００１では、例えば、レーザー加工装置１０のレーザー発振器１１によりパルス状のレーザー光線１２をパッシベーション膜１０６に照射する。パッシベーション膜除去ステップ１００１では、分割予定ライン１０３毎にアブレーション加工をし、図３に示すように、全ての分割予定ライン１０３に沿って、分割予定ライン１０３に積層されたパッシベーション膜１０６を除去する。

保護膜形成ステップ１００２は、図３及び図５に示すように、パッシベーション膜除去ステップ１００１の後に、樹脂供給装置２０により、ウエーハ１００の表面１０２に樹脂２２を被覆して保護膜１２０を形成するステップである。

保護膜形成ステップ１００２では、まず、樹脂供給装置２０の保持テーブル２５により、粘着テープ１０８を介してウエーハ１００の裏面１０７側を保持面２６で保持する。保持テーブル２５は、保持テーブル１５と同様の構造を有する。保護膜形成ステップ１００２では、次に、図５に示すように、ウエーハ１００を保持した保持テーブル２５を回転中に、樹脂供給装置２０のノズル２１により液状の樹脂（液状樹脂）２２をウエーハ１００の表面１０２の中央付近に供給することで、供給された液状の樹脂２２がウエーハ１００の表面１０２上で保持テーブル２５の回転時の遠心力により引き伸ばされて、ウエーハ１００の表面１０２を被覆する樹脂２２の保護膜１２０を形成する。保護膜形成ステップ１００２では、その後、保護膜１２０上にさらに保護膜１２０を積層して後述する分割ステップ１００４に該当するプラズマエッチング時に必要な厚みを形成する積層処理や、保護膜１２０を加熱する等して硬化させる硬化処理を行ってもよい。保護膜形成ステップ１００２において使用する液状の樹脂２２は、水溶性樹脂であり、本実施形態では、例えばポリビニルアルコール（PolyVinyl Alcohol、ＰＶＡ）やポリビニルピロリドン（PolyVinyl Pyrrolidone、ＰＶＰ）等である。保護膜１２０は、追って実施する分割ステップ１００４でパッシベーション膜１０６や半導体基板１０１がプラズマエッチングにより除去されることを防止する遮蔽膜（マスク）として機能する。

保護膜除去ステップ１００３は、図６及び図７に示すように、保護膜形成ステップ１００２の後に、レーザー加工装置３０により、分割予定ライン１０３にレーザー光線３２を照射して、分割予定ライン１０３に積層された保護膜１２０を除去し、半導体基板１０１を分割予定ライン１０３に沿って露出させるステップである。

保護膜除去ステップ１００３では、まず、レーザー加工装置３０の保持テーブル３５により、粘着テープ１０８を介してウエーハ１００の裏面１０７側を保持面３６で保持する。保持テーブル３５は、保持テーブル１５と同様の構造を有する。保護膜除去ステップ１００３では、次に、図７に示すように、レーザー加工装置３０のレーザー発振器３１により保護膜１２０（樹脂２２）に対して吸収性を有する波長のレーザー光線３２を発振して保護膜１２０に照射しながら、例えばレーザー発振器３１に対して保持テーブル３５をウエーハ１００の表面１０２に平行な方向に沿って移動させる不図示の移動ユニットにより、レーザー光線３２と保護膜１２０が形成されたウエーハ１００とを分割予定ライン１０３に沿って相対的に移動することにより、分割予定ライン１０３上の保護膜１２０をレーザー光線３２により昇華もしくは蒸発させるいわゆるアブレーション加工して、分割予定ライン１０３に積層された保護膜１２０を除去する。保護膜除去ステップ１００３では、これにより、図６に示すように、分割予定ライン１０３に沿って、保護膜１２０が除去された加工溝１２９を形成する。保護膜除去ステップ１００３は、保護膜１２０に対して吸収性を有する波長のレーザー光線３２を照射する点を除き、パッシベーション膜除去ステップ１００１と同様の方法で実施する。

なお、ウエーハ１００が分割予定ライン１０３上にデバイス１０４の評価用素子であるＴＥＧ（Test Element Group）が設けられている場合には、ＴＥＧが金属で形成されているために、追って実施する分割ステップ１００４で遮蔽膜として作用してしまうおそれがあるため、保護膜除去ステップ１００３では、保護膜１２０（樹脂２２）及びウエーハ１００に対して吸収性を有する波長のレーザー光線３２を照射して、分割予定ライン１０３上の保護膜１２０の除去に加えて、半導体基板１０１の分割予定ライン１０３上の表層部分を除去することでＴＥＧを除去する。

分割ステップ１００４は、図６及び図８に示すように、保護膜除去ステップ１００３の後に、プラズマエッチング装置４０により、デバイス１０４を覆う保護膜１２０を遮蔽膜（マスク）として、分割予定ライン１０３に沿って露出した半導体基板１０１をプラズマエッチングすることによって、ウエーハ１００を分割するステップである。

分割ステップ１００４では、図８に示すように、保護膜除去ステップ１００３後のウエーハ１００をプラズマエッチング装置４０のチャンバ４１の内部に搬送し、保持テーブル４５により、粘着テープ１０８を介してウエーハ１００の裏面１０７側を保持面４６で保持する。保持テーブル４５は、保持テーブル１５と同様の構造を有する。分割ステップ１００４では、次に、チャンバ４１の内部を密閉空間にして、ガス排出部４７によりチャンバ４１の内部を減圧排気する。

分割ステップ１００４では、その後、プラズマエッチング装置４０のエッチングガス供給手段４２を下降させて、エッチングガス供給手段４２の下面を保持テーブル４５上のウエーハ１００の表面１０２に対向させ、ガス供給部４８からガス流通孔４３にエッチングガスを供給し、エッチングガス供給手段４２の下面の噴出部４４からエッチングガスを噴出させる。分割ステップ１００４では、そして、高周波電源４９からエッチングガス供給手段４２と保持テーブル４５との間に高周波電圧を印加して、噴出部４４から噴出させたエッチングガスをプラズマ化させる。分割ステップ１００４では、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１０２に引き込んで、半導体基板１０１のうち分割予定ライン１０３に沿って露出した部分を選択的にエッチングする。分割ステップ１００４では、これにより、図６に示すように、分割予定ライン１０３に沿って半導体基板１０１の厚みに相当する深さのエッチング溝１３０を形成して、エッチング溝１３０によりウエーハ１００を個々のデバイス１０４に分割する。分割ステップ１００４では、ウエーハ１００を完全に分割しないエッチング溝１３０を形成するハーフカットでもよい。

分割ステップ１００４で使用するエッチングガスは、デバイス１０４が形成された半導体基板１０１がシリコン基板である本実施形態では、シリコン基板を好適にエッチングするフッ素系ガス（フッ素系安定ガス）であり、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、四フッ化炭素（ＣＦ_４）、六フッ化エタン（Ｃ_２Ｆ_６）、テトラフルオロエチレン（Ｃ_２Ｆ_４）、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ_４Ｆ_８）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）のうち少なくともいずれかを含む。なお、エッチングガスは、本発明ではこれに限定されず、半導体基板１０１の母材及びパッシベーション膜１０６等に応じて、種々の化合物のガスが使用される。

分割ステップ１００４で使用するプラズマエッチング装置は、本発明では、上記したプラズマエッチング装置４０の形態に限定されず、チャンバの外でエッチングガスをプラズマ化し、このプラズマ化したエッチングガスをチャンバ内に供給する、いわゆるリモートプラズマ方式のプラズマエッチング装置でもよい。

保護膜洗浄ステップ１００５は、図６及び図９に示すように、洗浄装置５０により、分割ステップ１００４の後に、デバイス１０４に被覆された保護膜１２０を洗浄水５２で洗浄して除去するステップである。

保護膜洗浄ステップ１００５では、まず、洗浄装置５０の保持テーブル５５により、粘着テープ１０８を介してウエーハ１００の裏面１０７側を保持面５６で保持する。保持テーブル５５は、保持テーブル１５と同様の構造を有する。保護膜洗浄ステップ１００５では、次に、図９に示すように、ウエーハ１００を保持した保持テーブル５５を回転中に、洗浄装置５０のノズル５１により洗浄水５２をウエーハ１００の表面１０２の中央付近に供給することで、保持テーブル５５の回転時の遠心力により供給された洗浄水５２をウエーハ１００の表面１０２の全面にいきわたらせる。保護膜洗浄ステップ１００５では、ウエーハ１００の表面１０２の全面にいきわたった洗浄水５２が、ウエーハ１００の表面１０２上の水溶性の保護膜１２０を溶解するか、もしくは保護膜１２０と化学反応を起こすことで、ウエーハ１００の表面１０２上に形成された保護膜１２０を除去する。保護膜洗浄ステップ１００５で使用する洗浄水５２は、水溶性の樹脂２２で保護膜１２０を形成している本実施形態では純水等の水であるが、本発明ではこれに限定されず、樹脂２２の化学的性質に応じて、種々の洗浄用の液体が使用される。

以上のような構成を有する実施形態に係るウエーハの加工方法は、パッシベーション膜除去ステップ１００１で分割予定ライン１０３上のパッシベーション膜１０６の除去をしてから、保護膜形成ステップ１００２で保護膜１２０の形成し、保護膜除去ステップ１００３で分割予定ライン１０３上の保護膜１２０の除去をするので、パッシベーション膜１０６を除去する際にレーザー光線１２が保護膜１２０により散乱してパッシベーション膜１０６がその散乱光により意図しない領域が加工されて剥がされてしまう恐れを抑制できるという作用効果を奏する。また、実施形態に係るウエーハの加工方法は、分割予定ライン１０３上においてパッシベーション膜１０６を除去してから保護膜１２０の形成及び除去をするので、水溶性樹脂の保護膜１２０から抜けてパッシベーション膜１０６に照射される抜け光によりパッシベーション膜１０６の意図しない領域が加工されて剥がされてしまう恐れを抑制できるという作用効果を奏する。

実施形態に係るウエーハの加工方法は、保護膜形成ステップ１００２で、液状の樹脂２２として水溶性樹脂を使用し、分割ステップ１００４の後に実行する保護膜洗浄ステップ１００５で、デバイス１０４に被覆された樹脂２２の保護膜１２０を水で洗浄して除去するので、保護膜１２０を効率よく形成及び除去することができる。

実施形態に係るウエーハの加工方法は、ウエーハ１００の半導体基板１０１がシリコン基板であり、パッシベーション膜１０６がＳｉＯ_２膜、窒化膜、ポリイミド膜のいずれかであり、分割ステップ１００４でフッ素系ガスを使用してプラズマエッチングを行うので、パッシベーション膜１０６のデバイス１０４の保護等の機能を十分に維持しつつ、半導体基板１０１の露出部分を効率よくプラズマエッチングできる。

なお、保護膜除去ステップ１００３におけるレーザー光線３２の加工溝１２９は、パッシベーション膜除去ステップ１００１におけるレーザー光線１２の加工溝１１９よりも狭くすることが好ましい。これにより、保護膜１２０を除去する際のレーザー光線３２の散乱光や熱によってパッシベーション膜１０６が剥がれにくくなるという作用効果を発揮する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、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。

１２，３２レーザー光線
２２樹脂
５２洗浄水
１００ウエーハ
１０１半導体基板
１０２表面
１０３分割予定ライン
１０４デバイス
１０６パッシベーション膜
１２０保護膜

Claims

表面にパッ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、
分割予定ラインに積層された該パッシベーション膜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該パッシベーション膜を除去し、半導体基板を分割予定ラインに沿って露出させるパッシベーション膜除去ステップと、
該パッシベーション膜除去ステップの後に、該ウエーハの表面に樹脂を被覆して保護膜を形成する保護膜形成ステップと、
該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該保護膜を除去し、半導体基板を分割予定ラインに沿って露出させる保護膜除去ステップと、
該デバイスを覆う該保護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ステップと、
から少なくとも構成されるウエーハの加工方法。
該保護膜形成ステップにおいて使用する液状の樹脂は水溶性樹脂であり、
該分割ステップの後に、該デバイスに被覆された保護膜を水で洗浄して、該保護膜を除去する保護膜洗浄ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のウエーハの加工方法。
該パッシベーション膜は、ＳｉＯ_２膜、窒化膜、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。