JP2014053352A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】埋め込み電極がウエーハの裏面に露出しない程度にウエーハの裏面を確実に研削する。
【解決手段】それぞれデバイスが形成され、各デバイスから複数の埋め込み電極が埋設されるとともに、外周縁に面取り部を有するウエーハ１１を個々のデバイスに分割するウエーハ１１の加工方法であって、ウエーハ１１の外周縁に切削ブレードを位置づけてウエーハを表面側から所定の深さ円形に切削し面取り部を部分的に除去する工程と、埋め込み電極が裏面１１ｂに露出しない程度にウエーハ１１の裏面を研削する工程と、ウエーハ１１の裏面からウエーハ１１をエッチングして埋め込み電極をウエーハ１１の裏面から突出させて貫通電極とする工程と、を含み、面取り部除去工程において、所定の深さとはウエーハの表面から裏面に向かって埋設された埋め込み電極の終点を僅かに超えた深さであり、裏面研削工程において、残存していた面取り部が除去された際研削を終了する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハの加工方法に関する。

近年、半導体デバイスの高集積化、高密化、小型化、薄型化を達成するために、ＭＣＰ（マルチ・チップ・パッケージ）やＳＩＰ（システム・イン・パッケージ）といった複数の半導体チップを積層した積層型半導体パッケージが提案されている。

このような積層型半導体パッケージは、インターポーザと呼ばれるパッケージ基板上に複数の半導体チップを積層することで形成される。一般的には、インターポーザと半導体チップの電極同士、或いは複数積層した半導体チップの電極同士を、金線ワイヤで電気的に結線した後、半導体チップをインターポーザに樹脂でモールド封止することで積層型半導体パッケージが製造される。

ところがこの方法では、半導体チップの電極にボンディングされた金線ワイヤは、半導体チップの外周余剰領域に張り出す形となるために、パッケージサイズは半導体チップよりも大きくなってしまうという問題があった。

また、樹脂でモールド封止する際に金線ワイヤが変形して断線や短絡が生じたり、モールド樹脂中に残存した空気が加熱時に膨張して半導体パッケージの破損を招いたりするという問題があった。

そこで、半導体チップ内に、半導体チップを厚み方向に貫通して半導体チップの電極に接続する貫通電極（Ｖｉａ電極）を設け、半導体チップを積層するとともに貫通電極を接合させて電気的に結線する技術が提案されている（例えば、特開２００４−２０７６０６号公報及び特開２００４−２４１４７９号公報参照）。

この方法では、シリコンウエーハの表面に複数の半導体デバイスが形成され、各半導体デバイスからは半導体デバイスの電極に接続されてシリコンウエーハの裏面側に伸長する複数の埋め込み銅電極（銅ポスト）が形成された所謂ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）ウエーハを利用する。

埋め込み銅電極は半導体チップの仕上がり厚さ以上の高さを有し、研削装置でウエーハの裏面を研削及び研磨して埋め込み銅電極が裏面から露出する寸前の厚さまでウエーハを薄化する。その後、シリコンウエーハだけを選択的にエッチングすることでウエーハの裏面から埋め込み銅電極の先端を突出させ貫通電極とする。

特開２００４−２０７６０６号公報 特開２００４−２４１４７９号公報

このように半導体ウエーハを積層して貫通電極で電気的に接続するウエーハの加工方法においては、多くの工程を含んでいるが、中でも貫通電極が露出しない程度にウエーハの裏面を研削することは非常に難しい。

もし、貫通電極が露出してしまえば、電極を形成する銅等の金属イオンが溶出し、ウエーハに形成されたデバイスに付着してデバイスの機能に悪影響を与える恐れがある。しかし、貫通電極の形成された深さ（厚さ）にはばらつきがあるため、個々のウエーハによって研削量を制御する必要がある。

本発明はこのような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、埋め込み電極がウエーハの裏面に露出しない程度にウエーハの裏面を確実に研削することが可能なウエーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成され、該各デバイスからウエーハの仕上がり厚さ以上の深さに至る複数の埋め込み電極が埋設されるとともに、外周縁に面取り部を有する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、ウエーハの外周縁に切削ブレードを位置づけてウエーハを表面側から仕上げ厚さを越えて円形に切削し面取り部を部分的に除去する面取り部除去工程と、該面取り部除去工程を実施した後に、ウエーハの表面に樹脂を介してキャリアプレートを配設するキャリアプレート配設工程と、該キャリアプレート配設工程を実施した後、該埋め込み電極が裏面に露出しない程度にウエーハの裏面を研削して薄化する裏面研削工程と、該裏面研削工程を実施した後、ウエーハの裏面からウエーハをエッチングして該埋め込み電極をウエーハの裏面から突出させて貫通電極とするエッチング工程と、該エッチング工程を実施した後、ウエーハの裏面に絶縁膜を被覆する絶縁膜被覆工程と、該絶縁膜被覆工程を実施した後、ウエーハの裏面から突出した該貫通電極を除去して該絶縁膜から露出させるとともに該貫通電極の頭を該絶縁膜と同一面に仕上げる仕上げ工程と、該仕上げ工程を実施した後、該各貫通電極の頭にバンプを配設するバンプ配設工程と、該バンプ配設工程を実施した後、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着するとともにウエーハの表面から該キャリアプレートを取り外し、ウエーハを該ダイシングテープに移し替える移し替え工程と、該移し替え工程を実施した後、ウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、を含み、前記面取り部除去工程において、該所定の深さとはウエーハの表面から裏面に向かって埋設された埋め込み電極の終点を僅かに超えた深さであり、前記裏面研削工程において、残存していた該面取り部が除去された際研削を終了することを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

本発明のウエーハの加工方法によると、ウエーハ毎の裏面研削量を予め形成する面取り部除去工程での円形の段差部を目印にすることで、個々のウエーハの研削量の制御を容易にすることが可能となるという効果を奏する。

これによって、工程を増やすことなく、研削し過ぎによる電極の露出を防いだり、研削ホイールでは研削の難しい埋め込み電極材料として用いられるＣｕが研削砥石に付着して研削不良が発生することを防ぐことができる。

図１（Ａ）はバンプ付き埋め込み銅電極を有する半導体ウエーハの表面側斜視図、図１（Ｂ）はその断面図である。 面取り部除去工程を示す一部断面側面図である。 面取り部除去工程実施後の半導体ウエーハの断面図である。 キャリアプレート配設工程を説明する断面図である。 裏面研削工程を示す一部断面側面図である。 裏面研削工程実施後のウエーハの断面図である。 エッチング工程実施後のウエーハの断面図である。 絶縁膜被覆工程実施後のウエーハの断面図である。 仕上げ工程実施後のウエーハの断面図である。 バンプ配設工程実施後のウエーハの断面図である。 移し替え工程を説明する断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１（Ａ）を参照すると、本発明加工方法の加工対象となるバンプ付き埋め込み銅電極を有する半導体ウエーハ１１の斜視図が示されている。図１（Ｂ）はその縦断面図である。

図１に示す半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数の分割予定ライン（ストリート）１３が格子状に形成されているとともに、複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

図１（Ｂ）に示すように、半導体ウエーハ１１に形成された各半導体デバイス１５からはデバイスの仕上がり厚さｔ１以上の深さに埋め込まれた複数の埋め込み銅電極２１が裏面１１ｂ側に伸長している。各埋め込み電極２１の上端にはバンプ２３が接合されている。電極２１を他の導体材料から形成しても良い。

このように構成された半導体ウエーハ（以下単にウエーハと略称することがある）１１は、図１（Ａ）に示されているように、複数の半導体デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９をその表面１１ａに備えている。また、図１（Ｂ）に示すように、ウエーハ１１の外周部には円弧状の面取り部１１ｅが形成されている。

本発明のウエーハの加工方法では、まず、ウエーハ１１の面取り部１１ｅを除去する面取り部除去工程を実施する。この面取り部除去工程では、図２に示すように、切削装置のチャックテーブル１０でウエーハ１１を吸引保持する。

図２において、１２は切削装置の切削ユニットであり、スピンドルハウジング１４中にスピンドル１６が回転可能に支持されており、スピンドル１６の先端部には切削ブレード１８が装着されている。

この面取り部除去工程では、高速回転する切削ユニット１２の切削ブレード１８をウエーハ１１の面取り部１１ｅに表面１１ａ側から所定深さ切り込ませ、チャックテーブル１０を低速で回転させて、図３に示すように、ウエーハ１１の外周部に円形の段差部１１ｆを形成する。

この面取り部除去工程での切削ブレード１８の切り込み深さは、少なくともウエーハ１１の表面１１ａからウエーハ１１の仕上げ厚みを越える深さであり、例えば深さ１００μｍ程度の円形の段差部１１ｆを形成する。切削ブレード１８としては、例えば厚さが１〜２ｍｍ程度のワッシャーブレードを使用するのが好ましい。

図２に示した面取り部除去工程は、切削ブレード１８をウエーハ１１の面取り部１１ｅに切り込ませて実施しているが、研削ホイールに研削砥石をウエーハ１１の面取り部１１ｅに当接させて研削により面取り部１１ｅの一部を除去するようにしてもよい。

面取り部除去工程実施後のウエーハ１１の断面図が図３に示されている。円形の段差部１１ｆは少なくともウエーハ１１の表面１１ａからウエーハ１１の仕上げ厚みを越える深さであり、例えばウエーハ１１の表面１１ａから１００μｍ程度の深さを有している。

この面取り部除去工程では、埋め込み銅電極２１の終点を所定深さｔ２超えた深さで面取り部１１ｅを部分的に除去して段差部１１ｆを形成するのが好ましい。ｔ２は１〜５０μｍ程度に設定する。切り込み深さはウエーハの裏面１１ｂからＩＲカメラで電極の深さを測定する手法等で設定できる。

面取り部除去工程を実施した後、図４に示すように、ウエーハ１１の表面１１ａに接着性を有する樹脂２７を介してキャリアプレート２５を配設するキャリアプレート配設工程を実施する。樹脂２７は接着剤として作用し、キャリアプレート２５はウエーハ１１の表面１１ａに樹脂２７により貼着される。

キャリアプレート２５は、例えば一様な厚みを有するシリコンウエーハ、又はガラス等から形成されている。本実施形態ではキャリアプレート２５はガラスから形成されているものとして図示している。樹脂２７の厚みは例えば２０μｍ程度が好ましい。

キャリアプレート配設工程実施後、埋め込み銅電極２１がウエーハ１１の裏面１１ｂに露出しない程度にウエーハ１１の裏面１１ｂを研削して薄化する裏面研削工程を実施する。この裏面研削工程では、研削装置のチャックテーブル２０でキャリアプレート２５を吸引保持し、ウエーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。

図５において、研削装置の研削ユニット２４は、図示しないモータにより回転駆動されるスピンドル２６と、スピンドル２６の先端に固定されたホイールマウント２８と、ホイールマウント２８に着脱可能に装着された研削ホイール３０とを含んでいる。研削ホイール３０は、環状のホイール基台３２と、ホイール基台３２の下端部外周に固着された複数の研削砥石３４とから構成される。

３６は画像検出ユニットであり、ＬＥＤ等の光源３８と、ＣＣＤカメラ等のカメラ４０を有している。画像検出ユニット３６は研削装置の制御手段４０に接続されており、画像検出ユニット３６で検出した画像情報に基づいてスピンドル２６を下降させる図示しないモータを制御する。

この裏面研削工程では、研削液３５を供給しながら、チャックテーブル２０を矢印ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール３０を矢印ｂで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、図示しない研削ユニット送り機構を駆動して研削ホイール３０の研削砥石３４をウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール３０を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りしてウエーハ１１を研削する。この裏面研削は、画像検出ユニット３６の光源３８でウエーハ１１の面取り部１１ｅ部分を照明してカメラ４０で面取り部１１ｅを撮像しながら実施する。

ウエーハ１１の裏面１１ｂの研削を継続して段差部１１ｆを研削すると、円形溝（トリミング溝）が露出することによりウエーハ１１の外径が小さくなる。このウエーハ１１の外径の変化を画像検出ユニット３６で検出し、スピンドル２６を下降させる研削ユニット送り機構の下降を停止する。これにより、図６に示すように、埋め込み銅電極２１の先端がウエーハ１１の裏面１１ｂに露出する寸前の厚さまでウエーハ１１を研削することができる。

裏面研削工程実施後、ウエーハ１１の裏面１１ｂからウエーハ１１を選択的にエッチングして、図７に示すように、埋め込み銅電極２１をウエーハ１１の裏面１１ｂから突出させて貫通電極とするエッチング工程を実施する。このエッチング工程は、例えばプラズマエッチングにより実施するのが好ましい。

エッチング工程実施後、図８に示すように、ウエーハ１１の裏面１１ｂに絶縁膜２９を被覆する絶縁膜被覆工程を実施する。この絶縁膜被覆工程により、ウエーハ１１の裏面１１ｂのみならず貫通電極２１の先端面にも絶縁膜２９が被覆される。

絶縁膜被覆工程実施後、ウエーハ１１の裏面１１ｂから突出した部分の貫通電極２１を除去して絶縁膜２９から貫通電極２１を露出させるとともに貫通電極２１の頭を絶縁膜２９と同一面に仕上げる仕上げ工程を実施する。

本実施形態では、この仕上げ工程を化学的機械研磨法、所謂ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）で実施する。ＣＭＰは研磨パッドと被研磨物との間に研磨液（スラリー）を供給しつつ、研磨パッドと被研磨物とをそれぞれ回転させながら相対的に摺動することで遂行される。研磨パッドとしては一般的に不織布が使用され、例えばシリカ等の浮遊砥粒を含んだ研磨液（スラリー）を供給しながら研磨パッドで被研磨物の表面を研磨する。

本実施形態では、研磨液（スラリー）を供給しながら研磨パッドを絶縁膜２９に当接させてウエーハ１１と研磨パッドとを相対的に摺動することで、貫通電極２１に被覆された絶縁膜２９と貫通電極２１の突出部とを選択的に研磨し、図９に示すように、貫通電極２１を絶縁膜２９から露出させるとともに貫通電極２１の頭を絶縁膜２９と同一面に仕上げる。

ＣＭＰによる仕上げ工程実施後、図１０に示すように、貫通電極２１の頭にバンプ３１を配設するバンプ配設工程を実施する。バンプ３１は例えば半田等から構成され、半田からなるバンプ３１を貫通電極２１の頭に接合する。

バンプ配設工程実施後、図１１に示すように、ウエーハ１１の裏面１１ｂにダイシングテープＴを貼着するとともに、ウエーハ１１の表面１１ａからキャリアプレート２５を取り外し、ウエーハ１１をダイシングテープＴに移し替える移し替え工程を実施する。ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハ１１はダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された形態となる。

この形態でウエーハ１１を図示を省略した切削装置のチャックテーブルにダイシングテープＴを介して吸引保持し、切削ブレードでウエーハ１１を分割予定ライン１３に沿ってダイシングテープＴに至るまで切削し、ウエーハ１１を個々のデバイス１５に分割する。各デバイス１５は、両端にバンプ２３，３１が接合された複数の貫通電極２１を有している。

上述した実施形態のウエーハの加工方法では、ウエーハ毎の裏面研削量を予め形成する面取り部除去工程での切り込みによる段差部１１ｆを目印にすることで、個々のウエーハ１１の研削量の制御を容易にすることが可能になるという効果を奏する。

１１ 半導体ウエーハ
１１ｅ 面取り部
１３ 分割予定ライン
１５ デバイス
１８ 切削ブレード
２１ 埋め込み銅電極（貫通電極）
２２ ＩＲカメラ
２３，３１ バンプ
２５ キャリアプレート
２９ 絶縁膜
３０ 研削ホイール
３４ 研削砥石
３６ 画像検出ユニット
３８ 光源
４０ カメラ
Ｔ ダイシングテープ
Ｆ 環状フレーム

Claims (1)

1. 表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成され、該各デバイスからウエーハの仕上がり厚さ以上の深さに至る複数の埋め込み電極が埋設されるとともに、外周縁に面取り部を有する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、
   ウエーハの外周縁に切削ブレードを位置づけてウエーハを表面側から仕上げ厚さを越えて円形に切削し面取り部を部分的に除去する面取り部除去工程と、
   該面取り部除去工程を実施した後に、ウエーハの表面に樹脂を介してキャリアプレートを配設するキャリアプレート配設工程と、
   該キャリアプレート配設工程を実施した後、該埋め込み電極が裏面に露出しない程度にウエーハの裏面を研削して薄化する裏面研削工程と、
   該裏面研削工程を実施した後、ウエーハの裏面からウエーハをエッチングして該埋め込み電極をウエーハの裏面から突出させて貫通電極とするエッチング工程と、
   該エッチング工程を実施した後、ウエーハの裏面に絶縁膜を被覆する絶縁膜被覆工程と、
   該絶縁膜被覆工程を実施した後、ウエーハの裏面から突出した該貫通電極を除去して該絶縁膜から露出させるとともに該貫通電極の頭を該絶縁膜と同一面に仕上げる仕上げ工程と、
   該仕上げ工程を実施した後、該各貫通電極の頭にバンプを配設するバンプ配設工程と、
   該バンプ配設工程を実施した後、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着するとともにウエーハの表面から該キャリアプレートを取り外し、ウエーハを該ダイシングテープに移し替える移し替え工程と、
   該移し替え工程を実施した後、ウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、を含み、
   前記面取り部除去工程において、該所定の深さとはウエーハの表面から裏面に向かって埋設された埋め込み電極の終点を僅かに超えた深さであり、
   前記裏面研削工程において、残存していた該面取り部が除去された際研削を終了することを特徴とするウエーハの加工方法。

Images