JP2005504445A - 基板、特に半導体ウェハの加工 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、加工基板に係り、特に半導体ウェハに関するが、半導体ウェハには限定されない。
【背景技術】
【0002】
ダイシングソーで半導体ウェハをダイシングすることは周知であり、スループットは、切削速度、アライメント時間及び歩留りの関数である。
【発明を実施する最良の形態】
【0003】
(発明の開示)
本発明の第1の態様によれば、基板を加工する方法であって、(a)可視または紫外放射を発するレーザを用いて、基板の全深度(full depth)には満たない、第1の面から所定の深さまで、基板の第1の面に構造を加工するステップと、(b)前記構造に通じるように、第1の面に対向する、基板の第2の面から、材料を、第1の面からの深さが所定のところまで除去するステップと、を有する方法が提供される。
【0004】
ステップ(a)は、実質上、266nm、355nm及び532nmのうちの一つの波長の放射線を発するレーザを用いたレーザ加工ステップを有することが都合がよい。
【0005】
ステップ(a)は、溝を加工するステップを備え、ステップ(b)は、溝において基板の切断を完了するステップを備えることを利点とする。
【0006】
ステップ(a)は、第1の面と第1の面から所定の深さのところとの間の実質的に平らな対向側壁と、前記所定の深さより下方の、実質的に弓状の対向側壁と、を有する溝を加工するステップを備えることが都合よい。
【0007】
ステップ(a)は、溝のグリッドを加工するステップを備え、ステップ(b)は、溝のグリッドに沿って基板のダイシングを完了することを利点とする。
【0008】
かわりに、ステップ(a)は、ビアを加工し、そのビアを金属でメタライズするステップを備え、ステップ(b)は、ビア内の金属の一部を第2の面で露出させるステップを備える。
【0009】
ビアを加工するステップは、円または複数の同心円を形成するパスで加工し、その円または複数の同心円の中心を中心としてビアを形成するステップを備えると都合よい。
【0010】
また、ビアをメタライズするステップは、ビアを酸化させる前段階ステップを含むことが好ましい。
【0011】
ステップ(a)は、レーザ加工前、レーザ加工中及びレーザ加工後の少なくともいずれかにおいて、反応ガス及びパッシブガスのうち少なくともひとつを用いて、非雰囲気制御ガス(non-ambient controlled gas)環境において行われることが好ましい。
【0012】
反応ガス及びパッシブガスのうち少なくとも一つを用いるステップは、基板のレーザ加工中に基板の酸化を十分に防ぐために、基板に対して実質的に不活性である少なくとも一つのパッシブガスを用いるステップを有することを利点とする。
【0013】
少なくとも一つのパッシブガスを用いるステップは、アルゴン及びヘリウムうちの少なくとも一つを用いるステップを有することが都合よい。
【0014】
反応ガス及びパッシブガスのうち少なくとも一つを用いるステップは、ステップ(a)で形成されるレーザ加工面の粗さを小さくするために、基板に対して反応性のある少なくとも一つのガスを用いるステップを有することを利点とする。
【0015】
反応ガス及びパッシブガスのうち少なくとも一つを用いるステップは、ステップ(a)で生成される破片を除去するために、基板に対して反応性のある少なくとも一つのガスを用いるステップを有することを利点とする。
【0016】
基板に対して反応性のある少なくとも一つのガスを用いるステップは、クロロフルオロカーボン基ガス及びハロカーボン基ガスのうち少なくとも一つを用いるステップを有することが都合よい。
【0017】
ステップ(b)は、機械的な材料除去、特にラッピング及び研磨によって行われることが都合よい。
【0018】
状況に応じて、ステップ(b)は化学的エッチングにより実行される。
【0019】
状況に応じて、ステップ(b)はプラズマエッチングにより実行される。
【0020】
状況に応じて、ステップ(b)はレーザアブレーションにより実行される。
【0021】
ステップ(b)は、溝に沿って基板を割るために、基板に対し機械的な圧力の印加を有することが都合よい。
【0022】
ステップ(a)は、ステップ(a)及び(b)のうち少なくとも一つにおいて形成される破片に対して、第1の面に保護層を提供するステップをさらに備えることに利点がある。
【0023】
保護層を提供するステップは、スピンコートされた保護層を提供するステップを有することが都合よい。
【0024】
その代わり、保護層を提供するステップは、テープ層を提供するステップを有する。
【0025】
基板はシリコン材料から成ることが都合よい。
【0026】
状況に応じて、基板は光電子材料から成る。
【0027】
状況に応じて、基板は、半導体と金属材料との層を有する。
【0028】
好ましくは、ステップ(a)は、Qスイッチレーザを用いるレーザ加工を備える。
【0029】
本発明の第2態様によれば、基板加工システムであって、
可視または紫外放射を発し、基板の全奥行き(full depth)には満たない、第1の面から所定の深さまで、基板の第1の面に構造を加工するレーザ加工手段と、前記加工された構造に通じるように、第1の面に対向する、基板の第2の面から、材料を、第1の面からの深さが所定のところまで除去する材料除去手段と、を備える基板加工システムが提供される。
【0030】
レーザ加工手段は、溝を加工するように準備され、材料除去手段は、溝において基板の切断を完了するように準備されることが都合よい。
【0031】
レーザ加工手段は、第1の面と第1の面から所定の深さのところとの間の実質的に平らな対向側壁と、前記所定の深さよりも向こう側の、実質的に弓状の対向側壁とを有する溝を加工するように準備されることに利点がある。
【0032】
好ましくは、レーザ加工手段は、溝のグリッドを加工するよう準備され、材料除去手段は、溝のグリッドに沿って、基板のダイシングを完了するよう準備される。
【0033】
その代わりに、レーザ加工手段は、ビアを加工するよう準備され、このシステムは、さらに、ビアを金属でメタライズする金属被覆手段を備え、材料除去手段は、ビア内の金属を第2の面で露出させるよう準備される。
【0034】
このシステムは、メタライズを行う前にビアを酸化させる酸化手段をさらに備えることが好ましい。
【0035】
このシステムは、レーザ加工前、レーザ加工中そしてレーザ加工後の少なくともいずれかにおいて、基板に対し、反応ガス環境及びパッシブガス環境のうちの少なくともひとつを提供するガス処理手段をさらに備えることが好ましい。
【0036】
材料除去手段は、機械的除去手段、特にラッピング及び研磨手段であることが都合よい。
【0037】
状況に応じて、材料除去手段は、化学的エッチング手段である。
【0038】
状況に応じて、材料除去手段は、プラズマエッチング手段である。
【0039】
状況に応じて、材料除去手段は、レーザアブレーション手段である。
【0040】
このシステムは、シリコン材料を加工するよう準備されることに利点がある。
【0041】
状況に応じて、このシステムは、半導体及び金属材料の層を有する基板を加工するよう準備される。
【0042】
状況に応じて、このシステムは、光電子材料から成る基板を加工するよう準備される。
【0043】
このレーザ加工手段は、Qスイッチレーザを備えることが好ましい。
【0044】
このレーザ加工手段は、実質上、266nm、355nm及び532nmのうちの一つの波長の放射を発するよう準備されることが都合よい。
(発明を実施するための形態)
図1を参照すると、半導体ウェハ1の一部が示されている。半導体ウェハは、ストリート3によって分離されるICチップ2を備える。図2に示すように、各ICチップ2は、製造過程において機械的サポートを提供する支持領域5により支持された活性領域4を備える。活性領域4内には、上部能動回路層7及び下部最終支持層6がある。
【0045】
通常、活性領域4の厚さは100ミクロンよりも少ない。通常、活性領域4は、集積電子回路でもよいが、また光導波回路であってもよい。
【0046】
ウェハが十分に厚いという要件は、それが機械的に頑丈であることである。広い面積を有するウェハ、例えば300mmウェハについて、一般的に、この厚みは、500ミクロンから800ミクロンの範囲にある。これまで、ウェハのダイシングは、ダイシングソーで行われており、スループットは、加工速度、アライメント時間及び歩留りの関数である。
【0047】
本発明は、レーザストリート加工及びバックサイドウェハシニング(backside wafer thinning)を組合せた別の技術を用いる。
【0048】
第1ステップにおいて、レーザを使用してストリート領域に深さd及び幅wの溝8(図2)をスクライブする。高速な加工速度を達成するために、266nm、355nmまたは532nmを中心とする大体10nmの帯域内で作動する高出力Qスイッチレーザを使用してもよい。レーザ、走査及び光学パラメータの、適切なセットを用いて、活性領域4の素子の機能性に影響を及ぼさずに、ストリートを高速に加工することができる。一般的に、20〜100ミクロンの深さの溝8は、適切なレーザ設定を用い、80mm/sまでの速度で加工することができる。図2に示すように、溝8は、第1の面と所定の深さとの間の実質的に平面の対向側壁と、所定の深さよりも下方の実質的に弓状の対向壁とを有していてもよい。
【0049】
必要とされる深さまでストリート3が加工されると、ラッピング及び研磨、化学的エッチング、プラズマエッチング、または、レーザアブレーションにより、ウェハのサポート領域5が薄くされる。このシニング(thinning)により、図3に示すような、最終的な、分離されたチップが得られる。その結果、ダイシングされたウェハが得られる。能動回路層7は、最終支持層6により支持されている。
【0050】
図4(a)から図4(c)に示されるような本発明の他の実施例では、図4(a)に示すように、Qスイッチレーザビーム9を用いて、能動回路層7及び支持基板層6を貫通して、支持構造5に至るまで、マイクロビア構造10を開ける。マイクロビア10は、そのあと、金属11でメタライズされて、能動回路層7の電気的接続が容易になる。
【0051】
パルスレーザでマイクロビア10を開けるためには、次の二つの方法のうちの一つが用いられる。第1の方法においては、固定ビームが使用される(ピクセルビア)。この技術を用いることにより、多くのレーザパルスが、基板上の単一の点に出力される。ある程度の深さに到達するために必要とされるパルス数は、そのエネルギー、波長及び継続期間によって定まる。この技術は、直径がほぼ100ミクロンより小さいビアに適している。正確なビア直径は、レーザビーム直径、光学的及びレーザパラメータ、材料特性に応じて定まる。第2の方法においては、ビームは、ビアの外側の輪郭に沿って走査される。この技術は、直径がほぼ100ミクロンより大きいビアに適している。
【0052】
レーザは、円形パターン(単一の円または複数の同心円)上を移動する。要求深さに到達するためには、何度か繰り返す必要がある。このビア直径は、最も外側にある円の半径とビーム直径との関数である。このようなビアは、スキャンまたはトレパンビアと呼ばれる。
【0053】
図4(b)に示すような導電経路を与えるために、マイクロビア10(ピクセルまたはトレパンビア)をウェハ材料の要求深さまで加工することによって、その後に金属11が充填されるブラインドマイクロビア構造が形成される。このマイクロビアは、メタライズ前に酸化されてもよい。その後、レーザ加工されたマイクロビア内の金属を露出させるために、ラッピング及び研磨、化学的エッチング、または、プラズマエッチングによりウェハの裏側が薄くされ(図4(c))、それにより、能動回路層内の素子を電源及びアース源に電気的に接続できることができる。
【0054】
図5(a)及び5(b)を参照すると、能動素子が設けられたウェハが薄い場合(一般的に300ミクロンより薄い)、ビアは、活性層20を貫通し、かつ、支持基板21を完全に貫通してレーザ加工される。電気的接続を容易にするために、ビア22は、酸化に続き、金属23でメタライズされる(図5(b))。
【0055】
図6(a)から図6(c)を参照すると、本発明のさらなる実施例では、図6(a)に示すように、能動素子は、一連の交互のシリコン層32及び金属層33から成る。能動素子35の表面から、この能動素子層を貫通して、支持基板36内へ、マイクロビア構造34を開けるために、Qスイッチレーザが使用される(図6(b))。マイクロビア34は、金属37でメタライズされる。
【0056】
その後、レーザ加工されたマイクロビア内の金属を露出させるために、ラッピング及び研磨、化学的エッチング、プラズマエッチング、または、レーザアブレーションにより、ウェハの裏側が薄くされ(図6(c))、それにより、電源とアース源に素子層を電気的に接続することができる。
【0057】
レーザ加工は、ガス処理システムにより制御される非雰囲気ガス環境で実行されてもよい。流速、濃度、温度、ガスタイプ及びガス混成(gas mixes)などのガスパラメータは、レーザ加工前、加工中及び加工後に制御される。一連のガスは、レーザ加工前、加工中及び/または加工後に連続的に使用することができる。
【0058】
使用するガスは、加工される半導体基板における、半導体基板及び/または半導体層に対して不活性または反応的でもよい。不活性ガス(例えば、アルゴン、ヘリウム)は、レーザ加工中の酸化物生成を防止する。レーザ加工された側壁の表面粗さを小さくし、また、レーザ加工工程で生じる破片を減少させるために、シリコンと反応するガス(例えば、クロロフルオロカーボン、ハロゲン化炭素)が、レーザ加工前、加工中及び/または加工後に用いられてもよい。
【0059】
レーザ加工された溝またはビアの側壁にある破片を除去するために、ダイ側壁をレーザスキャン中、クロロフルオロカーボン基ガス及び/またはハロゲン化炭素基ガスが用いられてもよい。
【0060】
レーザ加工面上から破片を除去するために、加工溝またはビアの外縁をレーザスキャン中、クロロフルオロカーボン基ガス及び/またはハロゲン化炭素基ガスが用いられてもよい。
【0061】
能動素子層4上に落ちてくる、レーザ加工または機械加工ステップからの破片を防止するために、レーザが入射する基板の表面が保護層でスピンコートされてもよい。
【0062】
能動素子層4上に落ちてくる、レーザ加工または機械加工ステップからの破片を防止する保護層として作用するテープで、レーザが入射する基板の表面が覆われてもよい。
【0063】
機械加工工程後のチップ保持を容易にするため、レーザ加工のあと、基板のレーザ加工面が、バックグラインディングテープ、ダイアッタチテープまたはダイシングテープで覆われてもよい。
【0064】
本発明は、記載されている実施例に限定されず、構造及び詳細において変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【0065】
本発明は、添付の図面を関してのみ一例としてあたえられたいくつかの実施例に関する以下の説明から、より明らかに理解される。
【0066】
図1は、ダイシング前の半導体ウェハの平面図である。
【0067】
図2は、ウェハの活性領域及び支持領域と、レーザ切削溝とを示す、図1のウェハの、図表の断面図である。
【0068】
図3は、支持領域が除去された図2の図表である。
【0069】
図4(a)、4(b)及び4(c)は、本発明の加工工程を示す一連の断面図である。
【0070】
図5(a)及び5(b)は、本発明を理解するのに役立つ他の加工工程を図示する断面図である。
【0071】
図6(a)、6(b)及び6(c)は、本発明の加工工程の、さらなる実施例を図示する断面図である。
Claims (44)
- 基板を加工する方法であって、
(a)可視または紫外放射を発するレーザで、前記基板の第1の面内に、前記基板の全深さには満たない、前記第1の面から所定の深さまで構造を加工するステップと、
(b)前記構造に通じるように、前記第1の面に対向する、前記基板の第2の面から、材料を、前記第1の面からの深さが所定のところまで除去するステップと、
を備える方法。 - 請求項1記載の方法であって、
ステップ(a)は、概ね、266nm、355nm及び532nmのうちの一つの波長の放射を発するレーザでレーザ加工するステップを備える方法。 - 請求項1または2記載の方法であって、
前記構造を加工するステップは、溝を加工するステップを備え、
ステップ(b)は、前記溝において前記基板の切断を完了するステップを備える方法。 - 請求項3記載の方法であって、
ステップ(a)は、前記第1の面と前記第1の面から所定の深さのところとの間の、概ね平らな対向側壁と、前記所定の深さよりも下方の、概ね弓状の対向側壁とを有する溝を加工するステップを備える方法。 - 請求項3記載の方法であって、
ステップ(a)は、溝のグリッドを加工するステップを備え、
ステップ(b)は、前記溝のグリッドに沿って、前記基板のダイシングを完了する方法。 - 請求項1記載の方法であって、
前記構造を加工するステップ(a)は、ビアを加工し、前記ビアに金属でメタライズするステップを備え、
ステップ(b)は、前記ビア内の金属の一部を第2の面で露出させるステップを備える方法。 - 請求項6記載の方法であって、
ビアを加工するステップは、円または複数の同心円を形成するパスで加工し、前記円または前記複数の同心円の中心を中心としてビアを形成するステップを備える方法。 - 請求項6または7記載の方法であって、
前記ビアをメタライズするステップは、前記ビアを酸化させる前段階ステップを含む方法。 - 先行する請求項のいずれかに記載の方法であって、
レーザ加工前、レーザ加工中及びレーザ加工後の少なくともいずれかにおいて、反応ガス及びパッシブガスのうち少なくともひとつを用い、ステップ(a)が、非雰囲気制御ガス環境で行われる方法。 - 請求項9記載の方法であって、
反応ガス及びパッシブガスのうち少なくとも一つを用いる前記ステップは、前記基板のレーザ加工中、前記基板の酸化を十分に防ぐために、前記基板に対して実質的に不活性なパッシブガスを用いるステップを備える方法。 - 請求項10記載の方法であって、
パッシブガスを用いる前記ステップは、アルゴン及びヘリウムのうちの一つを用いるステップを備える方法。 - 請求項9記載の方法であって、
反応ガス及びパッシブガスのうち少なくとも一つを用いる前記ステップは、ステップ(a)で形成されるレーザ加工面の粗さを小さくするために、前記基板に対して反応性のあるガスを用いるステップを備える方法。 - 請求項9記載の方法であって、
反応及びパッシブガスのうち少なくとも一つを用いる前記ステップは、ステップ(a)で生成される破片を除去するために、前記基板に対して反応性のあるガスを用いるステップを備える方法。 - 請求項12または13記載の方法であって、
前記基板に対して反応性のあるガスを用いるステップは、クロロフルオロカーボン基ガス及びハロカーボン基ガスのうち少なくとも一つを用いるステップを備える方法。 - 先行するいずれかの請求項に記載の方法であって、
ステップ(b)は、材料の機械的除去、特にラッピング及び研磨によって行われる方法。 - 請求項1から14のいずれかに記載の方法であって、
ステップ(b)は、化学的エッチングにより実行される方法。 - 請求項1から14のいずれかに記載の方法であって、
ステップ(b)はプラズマエッチングにより実行される方法。 - 請求項1から14のいずれかに記載の方法であって、
ステップ(b)はレーザアブレーションにより実行される方法。 - 請求項3から5のいずれかに記載の方法であって、
ステップ(b)は、前記溝に沿って前記基板を割るために、前記基板への、機械的な圧力の印加を有する方法。 - 先行するいずれかの請求項に記載の方法であって、
ステップ(a)は、ステップ(a)及び(b)のうち少なくとも一つで形成される破片に対して、保護層を前記第1の面に与えるステップをさらに備える方法。 - 請求項20記載の方法であって、
スピンコートされた保護層を提供するステップを備える方法。 - 請求項20記載の方法であって、
前記保護層としてテープを供給するステップを備える方法。 - 先行するいずれかの請求項に記載の方法であって、
前記基板はシリコン材料から成る方法。 - 請求項1乃至22のいずれかに記載の方法であって、
前記基板は光電子材料から成る方法。 - 請求項1乃至22のいずれかに記載の方法であって、
前記基板は、半導体及び金属材料の層を有する方法。 - 先行するいずれかの請求項に記載の方法であって、
ステップ(a)は、Qスイッチレーザ用いるレーザ加工ステップを備える方法。 - 基板加工システムであって、
(a)可視または紫外放射を発し、基板の第1の面内に、前記基板の全深さには満たない、前記第1の面から所定の深さまで構造を加工するレーザ加工手段と、
(b)前記加工された構造に通じるように、前記第1の面に対向する、前記基板の第2の面から、材料を、前記第1の面からの深さが所定のところまで除去する材料除去手段と、
を備えるシステム。 - 請求項27記載のシステムであって、
前記レーザ加工手段は、溝を加工するよう準備され、
前記材料除去手段は、前記溝において基板の切断を完了するよう準備されるシステム。 - 請求項28記載のシステムであって、
前記レーザ加工手段は、前記第1の面と前記第1の面から所定の深さのところとの間の、概ね平らな対向側壁と、前記所定の深さよりも向こう側の、概ね弓状の対向側壁とを有する溝を加工するよう準備されるシステム。 - 請求項27記載のシステムであって、
前記レーザ加工手段は、溝のグリッドを加工するよう準備され、
前記材料除去手段は、溝の前記グリッドに沿って、前記基板のダイシングを完了するよう準備されるシステム。 - 請求項27記載のシステムであって、
前記レーザ加工手段は、ビアを加工するよう準備され、
当該システムは、前記ビアをメタライズする金属被覆手段をさらに備え、
前記材料除去手段は、前記ビア内の金属を前記第2の面で露出させるよう準備されるシステム。 - 請求項31記載のシステムであって、
メタライズの前に、前記ビアを酸化させる酸化手段をさらに備えるシステム。 - 請求項27乃至32のいずれかに記載のシステムであって、
レーザ加工前、レーザ加工中及びレーザ加工後の少なくともいずれかにおいて、反応ガス環境とパッシブガス環境のうち少なくともひとつを前記基板に与えるガス処理手段をさらに備えるシステム。 - 請求項27乃至33のいずれかに記載のシステムであって、
前記材料除去手段は、機械的除去手段、特にラッピング及び研磨手段であるシステム。 - 請求項27乃至33のいずれかに記載のシステムであって、
前記材料除去手段は、化学的エッチング手段であるシステム。 - 請求項27乃至33のいずれかに記載のシステムであって、
前記材料除去手段は、プラズマエッチング手段であるシステム。 - 請求項27乃至33のいずれかに記載のシステムであって、
前記材料除去手段は、レーザアブレーション手段であるシステム。 - 請求項27乃至37のいずれかに記載のシステムであって、
シリコン材料を加工するよう準備されるシステム。 - 請求項27乃至37のいずれかに記載のシステムであって、
半導体及び金属材料の層を有する基板を加工するよう準備されるシステム。 - 請求項27乃至37のいずれかに記載のシステムであって、
光電子材料を有する基板を加工するよう準備されるシステム。 - 請求項27乃至40のいずれかに記載のシステムであって、
前記レーザ加工手段は、Qスイッチレーザを備えるシステム。 - 請求項27乃至41のいずれかに記載のシステムであって、
前記レーザ加工手段は、概ね266nm、355nm及び532nmのうちの一つの波長の放射を発するよう準備されるシステム。 - プレート、特に半導体ウェハをダイシングする方法であって、
(a)前記プレートの上面に溝をレーザ加工するステップと、
(b)前記溝によって分離された部分がダイシングされるように、前記溝に少なくとも到達する深さまで、前記プレートの背面から材料をエッチングして除去するステップを備える方法。 - 基板を加工する方法であって、
(a)前記基板の全深さには満たない深さまで、前記基板に構造を加工するステップと、
(b)前記加工された構造に到達するように、前記基板の反対側について、材料を除去するステップを備える方法。
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