JP2004274008A - 厚さが薄いウエハからチップを製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削機と研磨機とを使用して極めて厚さの薄いウエハからチップを製造する方法を提供する。
【解決手段】ウエハのアクティブ側３を特に感光ラッカー４で好ましくは３乃至５０μｍの厚さの保護層で被覆し、複数の集積回路の間の好ましくは幅約５乃至１００μｍの中間部に沿って光伝送ラインとするようにしたマスクでアクティブ側３を被覆し、光伝送ラインによって約１０−１５０μｍの深さ１０の溝８を形成し、ウエハの厚みが約１００−１５０μｍとなるように、ウエハの裏面１２を研削して、チップを取り出すこと、とから成る。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
この発明は厚みを切削および研磨する機械を用いて薄いウエハからチップを製造する方法に関するもので、ウエハには、どの場合も被覆したアクティブ側を備え、このアクティブ側に集積回路が格子状で、空間を備えるように配置してあり、アクティブ側の反対側には、何等の被覆をほどこすことがないか、あるいはメタライジングをした側面にしてある。また、この発明の目的は前記の方法によって構成したウエハを提供することにある。
【０００２】
電子チップの製造はウエハに始まる。これによって、顕微鏡的に微細な回路の一方の面の半導体結晶の薄い部分が格子状に、往々にして、電子光学リソグラフィ方法で付着されるのである。個々の回路は互に間隔をとって配置され、それに沿って半導体のスライスが別々に切り離される。半導体結晶から成る基板を備える各個の回路が、それぞれチップとなるのである。
【０００３】
従来技術ではチップを切り離すのに数多の方法を用いた。そのうちで極く普通に知られている方法は、最初にウエハの集積回路と集積回路との間に切り込みを入れ、次でウエハを切削機または研磨機を用いてウエハの裏側から取りはずすのである。ところが、この方法であると溝が削り屑などで詰ってしまう恐れがある。そのために、不規則な形で切り離され、不合格品の出来る割合が多くなるのであった。
【０００４】
このような不利益さを回避するために、それぞれのステップを行う順序を逆にするという方法が行なわれている。ところが、この方法だと、ウエハを研磨した後に、ウエハの溝が前面にだけ形成される。その結果、削り去られた粒子がアクティブ側に付着し、取付けた回路の機能を阻害し、さらに余分なプロセスを必要とするという難点がある。薄いウエハの場合には、これを分離するのに数時間を要し、さらにその周縁が折れ易いのである。
【０００５】
さらに従来技術によると、ウエハの裏面を研磨することにも多くの問題があった。研磨材の粒子寸度が異なるために、ウエハの面に深さの異なる溝ができて、出来上ったウエハの表面にストレスを招ねくのである。これはウエハを大きく弯曲させることになり、ウエハが薄ければ薄いほど、その弯曲が大きくなるのである。ウエハが弯曲すると、アクティブ側に配した回路が駄目になってしまう。研磨してウエハの材料を除去するにも限度がある。したがって従来技術によって製作されたウエハは、その厚さを約２００μｍ以下にすることが極めて困難であった。
【０００６】
このような解決の求められている課題を考慮して、この発明の目的は従来の方法で製造するウエハ、つまりチップよりも薄さが遙かに薄いウエハを製造する方法を提供することにある。
【０００７】
この発明の目的は次のプロセスから成る方法によって達成することができる。
すなわち、
ａ）保護層、とくに感光ラッカーの塗布層を、好ましくは３乃至５０μｍの厚さになるようにウエハのアクティブ側面に被覆することと、
ｂ）集積回路と集積回路との中間を好ましくは約５−１００μｍの幅の光伝送ラインとするようにしたマスクでアクティブ側を被覆することと、
ｃ）光伝送ラインに好ましくは、紫外（ＵＶ）線を当てることと、
ｄ）好ましくはＯ_２を用いる等方性乾式エッチングによって、露光した線を除去することと、
ｅ）好ましくは約１０−１５０μｍの深さまで露光した線状の溝を等方性乾式エッチングによってつくることと、
ｆ）アクティブ側の感光ラッカーを除去することと、
ｇ）アクティブ側にフィルムあるいは基板となるキャリヤを付けることと、
ｈ）好ましくは、ウエハの厚みが約１００−１５０μｍとなるように前記切削または研磨機によってウエハの裏面を研削することと、
ｉ）溝の深さよりも約２０μｍ厚いウェハとなるように、好ましくは湿式エッチングによって裏面を除去することと、
ｊ）好ましくは等方性乾式エッチングによって溝の底の裏側を除去することと、
ｋ）フリップ・チップ技術によって、好ましくはピック・アンド・プレース機械でキャリヤ・フィルムからチップを取り出すことと
から成っている。
【０００８】
先行技術に基づいて提案されている方法として、研削して更に研磨することも提案されているが、そうした方法に先じて行うこの発明の方法は基本的にこれら周知の方法と全く相違している。
【０００９】
この発明の方法では、その最初の段階として、数ミクロン（μｍ）の厚さのある被覆としてウエハのアクティブ面に感光性ラッカーあるいはその他の保護被覆を施す。次で幅約５乃至１００μｍの線を各別の集積回路と集積回路との間に、それぞれ構成されているマスクを介して露光させる。露光した感光物質はエッチング技法を用いて除去することができる。この技法ではＯ_２を用いる等方性乾式エッチングを１５秒間おこなうことが望ましい。露光した線は半導体結晶スライス中に浸透していって深い溝となる。通常、この溝は溝の底の方の幅が広くなる。エッチングをする時間は、溝の深さが凡そ１０−１５０μｍになるように定める。このエッチング操作が終ったならば、ウエハのアクティブ側における回路をカバーしている感光性ラッカーを完全に除去して、その代りにフィルムまたは基板の形式のテンショニング・フレームを付け、あるいはこれを付けることなく、アクティブ面全体にキャリヤを塗布する。
【００１０】
次の操作では、ウエハの裏面を処理する。ウエハ物質を先ず研削機で除去する。この研削作業で、最初約７００−７５０μｍであったウエハの厚みを約１００−１５０μｍの厚みにする。この中間値の厚みのものを、さらに極めて薄いウエハにまで研削してゆく。この発明の極めて重要な概念は、エッチング作業によってウエハの厚さを一段と薄くすることにある。このウエハを薄くする作業は最初に湿式エッチングを利用することが望ましい。それによって、ウエハの厚さを溝の深さよりも約２０μｍ深いものにする。次に、ウエハを清浄して最終的にウエハの裏面の部分を等方性乾式エッチングによって溝の深さに一致するまで削り取る。
【００１１】
この発明の中心をなす概念は、ウエハを処理するすべての作業が、ウエハを各独立したチップにするまで、そのウエハあるいはチップに対して何等のストレスを加えないことにある。この目的を達成するために、研削作業はウエハの厚みが凡そ１００／１５０μｍになったら中止して、ウエハを次の作業のエッチングで削ってゆく。とくに、その最後のエッチングでは、何等の機械的な力がウエハに作用することなく、ウエハは各個のチップとなって離れてゆく。したがって機械的ストレスが全く加わることなく顕微鏡的に微細な構造体のチップが得られる。
【００１２】
ウエハがそれぞれのチップとして分割されると、それぞれのチップはウエハのアクティブ側をカバーしているキャリヤ・フィルムに付着したままでいる。したがってチップを容易に取扱うことができる。ウエハの次のプロセスはいわゆるフリップ・チップ・テクノロジーによる「ピック・アンド・プレース」と呼ぶ装置でおこなう。
【００１３】
その結果、この発明の方法によると、極めて薄いウエハ／チップ、即ち約３０乃至５０μｍの厚みのものが得られる。したがって、この発明の方法によって製作されるウエハ／チップは先行技術の方法で製作されるよりも遙かに薄いものとなる。それと同時に、この発明により製作される極めて薄いウエハ／チップは、その取扱いも極めて簡易である。また、チップの形状は角張った形状、円形または楕円形など、何等問題なく各種の形状のものとすることができる。
【００１４】
この発明の特徴からして、ウエハから各個のチップまたはすべてのチップを取り出すには、サクション・リフターを使用するのが最も好都合である。サクション・リフターはウエハの裏面に配置して、極めて僅かな力を加えるだけで、チップをキャリヤ・フィルムから取り外すことができる。それと平行して、あるいはそれに替わる手段として、フィルムが張られているウエハの前面から圧力プランジャーを作用させることができる。このような取り外し作業にはフィルムの温度を利用することができ、また穿孔キャリヤ・フィルムを用いるときには、溶媒を利用する。
【００１５】
この発明のさらに利点とするところは、各プロセスの順序を、いろいろと変えることができる点にある。
【００１６】
この発明による方法で最も頻繁に用いられる態様は、ウエハの製造に当ってのプロセス（ｉ）乃至（ｋ）を最初に実行しないようにする。この場合には、ウエハを半製品にしておく。それは最終段階に近いわけで、ウエハの厚さは約１５０μｍあり、ウエハは殆んど危険なく送り出される。そのウエハの最終仕上げは、ウエハの厚さをエッチングの手段で溝の底のところまで、ウエハの裏面の材料を除去する。さらに、この発明によると、プロセス（ｅ）すなわち高速乾式エッチングによって深い溝をつくり出すことを提案している。ここで行うエッチングの速度は約１５−５０μｍ／秒までの範囲内である。溝の深さが５０μｍであるということは、各集積回路と集積回路とを僅か数分間で作成することができるという意味である。深い溝を作成する凡ゆる周知の方法にくらべると、その作成時間が極めて短いわけである。たとえば、１００−３００μｍの厚みのあるウエハを僅か数分以内で分割することができる。
【００１７】
この発明の好ましい実施態様では、ウエハの裏面を研磨する別途のステップをプロセス（ｈ）と（ｉ）との間で行うものである。つまり、研磨を終了後に行うのである。何故、このプロセスをそこで行うかというと、研磨された粒子の大きさが問題で、表面の溝に残存し、エッチングする際に研磨屑の埋った溝から研磨屑を除去することはできない。溝を完全に空所とするためには、研磨作業をエッチング作業を実行する以前に実行することが望ましい。それによって移送中に破損することなく取扱うことができる。
【００１８】
この発明のまた変更態様では、エッチング作業を研磨後、または研磨と仕上げ作業の後に行うものである。前述した作業順序と異なって、湿式エッチング・プロセスとそれに続く乾式エッチング・プロセスとを併せた１つのプロセスとすることもできる。この場合には、ウエハの厚さが乾式の１つのプロセスだけで、最初に約１５０μｍの厚みから溝の深さに相当する厚みになる。この方法によれば、エッチングを行う装置の工具の交換を避けるわけで、それだけ処理時間が短縮される。それにより、チップの厚さが均一になり、チップの周縁のストレスが除かれる。
【００１９】
この発明の方法の画期的な利点は、切削、研磨およびエッチングの際に加熱することを考慮に入れることである。この変更態様はプロセス（ｇ）の代りに次の変更プロセス（ｇ′）を行うことである。
【００２０】
（ｇ′）穿孔フィルムまたは穿孔基板のキャリヤ（１１）を適用し、プロセス（ｈ）及び／又は（ｉ）及び／又は（ｊ）の作業中に、穿孔されている孔にヘリウムを注入する。ヘリウムはエッチングをして出来た溝に入ってゆき、出来上っているウエハの中に入ってゆく。この操作によって、ウエハの研磨およびエッチングのときに、ウエハに発生した熱がヘリウムに加わり、それによって、この熱を外部に放散させる。アクティブ側の鋭敏な構造体と、適当とする熱に敏感なフィルムとが加熱による損傷から有効に保護される。
【００２１】
この発明の方法のさらに変更態様としては、裏面のウエハの材質を取去った後の損傷を最小限にすることを目的とするものである。実際的にテストを行った結果、ウエハの端縁の裏面を完全に除去した後に、そこに非常に尖鋭な端縁が残存することが判った。モノクリスタルのウエハについて、このような鋭い端縁には亀裂が入ったり、割れたりする危険が多い。一般に、ウエハは、これに僅かな衝撃を加えるだけで、割れてしまうのである。この発明の方法の変更態様では、適当なプロセスによって、ウエハの外端縁をラウンドにする。そこで、オペレーション（ａ）または（ｂ）または（ｃ）あるいは（ｄ）を実行するのに先立って、次のオペレーションを行う。すなわち、集積回路のグリッドの外側に残存するウエハの部分をグリッドの方向に好ましくはグリッドの端縁から約３００μｍ除去する。
【００２２】
どの場合でも、ウエハの厚さよりも厚い側面をアクティブ側のウエハの表面について、好ましくは８５−９０度の角度にする。
【００２３】
このウエハの側面と表面とによって形成される端縁に丸味をつけてラウンドにするか、面取りを行う。
【００２４】
前に述べた切削または研磨機によって端縁を除去するか／あるいは丸味をつけてラウンドにするか面取りすることを推奨する。レーザ光を用いて行う場合には、除去された後の表面に、何等かの支障を招ねくものであるが、それは別に問題でなく、その後に行う乾式エッチングで滑らかなものになる。
【００２５】
この最後に述べた方法の変更態様において、ウエハの側面とアクティブ側のウエハの面とのなす角度は９０度とすることを提案する。このように構成すると複数個のウエハに裁断する場合に都合がよく、頂部を揃えて積み重ね、積み重ねたウエハ全体を同時に削ることができる。
【００２６】
前述のようにしてウエハの端縁に丸味を付ける方法と異なる方法として、この発明は、さらに新たな方法を用意している。この場合には、オペレーション（ｂ）の代りに、変更オペレーション（ｂ′）を利用する。すなわち、アクティブ側（３）をマスクでカバーする。それは集積回路と集積回路（５）との間の中間（６）に沿い、格子の外側端縁にある集積回路のまわりを少くとも幅を約５−１００μｍとするが、さもなければ光が通らないようにする。
【００２７】
以上の操作以後のオペレーションには変更がない。前述したオペレーションと共に、集積回路を格子の外端縁に配置するために、ウエハの端縁に相当する側をエッチングによって、すべて囲繞させる。ウエハのこれら周端縁は深い溝になっているので、前記操作の完了後にはチップが割れたりする心配はない。
【００２８】
この発明は更に、以上に述べた方法によって製造されたウエハを提供することにある。このウエハは集積回路と集積回路との中間のスペースに沿ってエッチングを行って造った溝があり、その幅を凡そ５／１００μｍとし、溝の深さは約２０−１５０μｍとすることが好ましい。この発明によって製作されたウエハはアクティブ側にキャリヤ・フィルムを備えていて、これがウエハの移送時に機械的損傷をすることを阻止し、さらにウエハの安定性を確保するので、何等の危険を伴うことなくウエハを処理することができる。
【００２９】
この発明によるウエハは、その裏面を少くとも単独のエッチング・プロセスを行うことによって溝の底から切り離すことができる。こうすることによって、ウエハは最後の仕上げ状態に達し、自動的に切り離れて各個のチップが出来上る。アクティブ側に貼付したキャリヤ・フィルムによって、チップをそのままの位置に保持するか、適当な装置を用いて極めて簡単にキャリヤ・フィルムを除去することが出来る。
【００３０】
キャリヤ・フィルムの態様は、各種各様のものとすることができる。ウエハあるいはチップに、更にプロセスを追加して、キャリヤ・フィルムをしっかりとしたもの或は弾力性のあるもの、また連続するもの、またはミシン目のあるものとすることができる。ミシン目のあるフィルムは簡単にキャリヤ・フィルムからチップをはがすことができるので、実用上、広く使用されている。この実施態様においては、チップを取り外すためにキャリヤに溶媒を塗布してあり、溶媒は穿孔部を通ってフィルムとチップの表面との間に浸み込んでゆき、取り外すのに役立つわけである。
【００３１】
この発明のさらに詳細と、特徴と、利点とは、この明細書において、以下、図面について詳述する。
【００３２】
図１は最先プロセス・ステージにおけるウエハを示す。このウエハは半導体結晶とアクティブ層３のキャリヤ・プレート２から構成されている。このアクティブ層３には感光ラッカー４が塗布してある。アクティブ層３の中には、格子状に集積回路５が配列してあり、集積回路５の間は、いずれも空間になっていて、アクティビティでない。感光ラッカー４の層はマスク６（図に示してない）を介して感光される。この場合には、幅約１０μｍの線７が空間と空間との間の領域で感光される。
【００３３】
作動に当っては、図２に示すように、露光した感光物質はエッチング技法で除去される。したがって、ウエハ１のキャリヤ・プレート２は線７の領域で感光されるが、アクティブ・ウエハ側の他の領域は感光ラッカー４で保護されている。続いて行なわれるエッチングによって、ウエハ２はその露光した場所だけが除去され、それによって、それらの場所に深く長い溝８ができる。この実施態様では、溝８の幅は約１０μｍで深さ１０は約５０μｍである。このエッチングの完了した後で、ウエハのアクティブ側の感光ラッカー４を完全に除去するか、その代りにアクティブ面をキャリヤ・フィルムで被覆する。
【００３４】
キャリヤ・フィルムは図３に符号１１で示してある。図３を基準にして図３の作動において、先ず最初に薄く削る機械（図に示してない）を用い、それからエッチングする。この削る作業は記号的に示した厚みの層１３で示してある。この手段を行うことによって、最初に７００乃至７５０μｍであったウエハの厚みは溝８の深さに相当する。この数値に達したときに、ウエハは切り離なされて、機械的な力を加えることなくチップ１４から離脱する。機械的なストレスの作用でアクティブ層の中のチップの顕微鏡的な微細な構造体が破壊するような恐れは全くなく、表面にストレスも生じない。
【００３５】
キャリヤ・プレート２を取り外してから、キャリヤ・フィルム１１はチップ１４を保持していて、後続するプロセスを容易に行うようにする。キャリヤ・プレート２を取り外した後に、キャリヤ・フィルム１１はそのフィルムにそれぞれのチップを止める。さらに、フィルム１１はウエハの輸送中に、これが機械的な損傷を受けないように保護する。チップ１４をさらにプロセスするためには、適当な手段でキャリヤ・フィルム１１からチップ１４を取り外ずす。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウエハのアクティブ側に感光性ラッカーを塗布した後に切断した側断面図である。
【図２】各個の集積回路の間にエッチングして溝を作成後に切断したウエハの側断面図である。
【図３】溝の深さまで裏面からウエハを構成する材料を除去した後のウエハの側断面図である。

Claims (14)

1. 被覆したアクティブ側の面に複数の集積回路を間隔をとって配置して格子状に配列しアクティブ側と反対側の面を被覆を施すことなく、または金属層とするウエハを、次のプロセス、即ち、
   （ａ）保護層、とくに感光ラッカーの塗布層を好ましくは３乃至５０μｍの厚さになるようにウエハ（１）のアクティブ側面（３）に被覆することと、
   （ｂ）集積回路と集積回路との中間部を好ましくは幅約５−５０μｍの光伝送ラインとするマスクでアクティブ側（３）を被覆することと、
   （ｃ）光伝送ラインに好ましくは、紫外（ＵＶ）線を当てることと、
   （ｄ）好ましくはＯ_２を用いる等方性乾式エッチングによって、露光した線（７）を除去することと、
   （ｅ）好ましくは約１０−１５０μｍの深さに露光した線（７）を等方性乾式エッチングによって除去して溝（８）をつくることと、
   （ｆ）アクティブ側（３）の感光ラッカー（４）を除去することと、
   （ｇ）アクティブ側（３）にフィルムあるいは基板となるキャリヤ（１１）を付けることと、
   （ｈ）好ましくは、ウエハ（１）の厚みが約１００−１５０μｍとなるように前記切削機または研磨機によってウエハ（１）の裏面（１２）を研削することと、
   （ｉ）溝の深さ（１０）よりも約２０μｍ厚いウェハとなるように、好ましくは湿式エッチングによって裏面（１２）を除去することと、
   （ｊ）好ましくは等方性乾式エッチングによって溝の底の裏側（１２）を除去することと、
   （ｋ）フリップ・チップ技術によって、好ましくはピック・アンド・プレース機械でキャリヤ・フィルム（１１）からチップを取り出すことと
   から成ることを特徴とする切削および研磨機を用いて厚さの薄いウエハからチップを製造する方法。
2. 各個のチップ（１４）またはすべてのチップをキャリヤ・フィルム（１１）から取り外すために、サクション・リフターをウエハ（１）の裏面に配し、圧力プランジャをウエハ（１）の前面からサクション・フィルムに作用し、キャリヤ・フィルム（１１）を温度により、あるいは溶媒を用いてアクティブ層から除去するようにして成る請求項１に記載の方法。
3. 前記プロセス（ｉ）−（ｋ）を行う以前に、ウエハ（１）からキャリヤ・フィルムを取り外すことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記プロセス（ｅ）を好ましくは約１５乃至５０μｍ／分のエッチング速度の高速エッチング手段で行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの１項に記載の方法。
5. 前記プロセス（ｈ）と（ｉ）との間において、前記研磨機を用いてウエハ（１）の裏面（１２）を研磨することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの１項に記載の方法。
6. 前記プロセス（ｉ）乃至（ｊ）の代りに、好ましくは等方性エッチングによって溝（８）の底に達するまでウエハ（１）の裏側の部材（１２）を除去することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの１項に記載の方法。
7. 前記プロセス（ｇ）の代りとするプロセス（ｇ′）として、穿孔フィルムまたは穿孔基板の形式のキャリヤを取付け、プロセス（ｈ）および／または（ｉ）および／または（ｊ）の間にヘリウムを穿孔中に吹き込むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの１項に記載の方法。
8. 前記プロセス（ａ）または（ｂ）または（ｃ）または（ｄ）の前に、次のプロセス、すなわち、
   前記集積回路の外側のウエハの材質を除去することと、
   前記除去後にウエハの厚みからはみ出している横方向の側面を前記アクティブ側のウエハの表面について好ましくは８５ないし９０度の角度にすることと、
   前記ウエハの横方向の側面とウエハの前記表面とによって形成される端縁をラウンドにするか、あるいは面取りすることから成る請求項１乃至７のいずれかの１項に記載の方法。
9. 前記端縁の除去、および／またはラウンドにすること、および／または面取りすることを、前記切削機または研磨機またはレーザ・ビームによって行うことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記ウエハの端縁の前記角度を９０度とし、複数個のウエハを一枚毎に重ね合わせた形にし、前記ウエハの前記端縁の成形を重ね合わせたウエハについて同時に行うようにすることを特徴とする請求項８または９のいずれかの１項に記載の方法。
11. 前記プロセス（ｂ）の代りに、変更プロセス（ｂ′）として、前記集積回路（５）と前記格子の外端縁にある複数個の集積回路の相互の間隔を好ましくは約５乃至１００μｍの幅とする請求項１乃至７のいずれかの１項に記載の方法。
12. 前記アクティブ側（３）の前記複数の集積回路（５）の間にエッチングで構成した溝の幅（９）を好ましくは約５−１００μｍとし、その幅（１０）を約１０−１５０μｍとし、前記アクティブ側（３）にキャリヤ・フィルム（１１）を付したことを特徴とする前記請求項１乃至１１のいずれかの１項に記載の方法によって製作し、被覆したアクティブ側（３）と、前記アクティブ側に複数の間をあけて格子状に配列し、前記アクティブ側と反対側の面を被覆を施してない裏面（１２）として成るウエハ。
13. 前記ウエハ（１）の前記裏面（１２）の部分を少くとも等方性乾式エッチング法によって前記溝の底まで除去するようにしたことを特徴とする請求項１２に記載のウエハ。
14. 前記キャリヤ・フィルム（１１）を硬質のものまたは可撓性のものとし、全面無開口のものとするか、または穿孔を有するものとしたことを特徴とする請求項１２または１３のいずれかの１項に記載のウエハ。

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