JP2015012054A

JP2015012054A - シリコンウエハ及び配線形成方法

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Publication number: JP2015012054A
Application number: JP2013134655A
Authority: JP
Inventors: 友景　肇; Hajime Tomokage; 肇友景; 義尚加藤; Yoshinao Kato; 寛太野北; Kanta Nokita; 久光光富; Hisamitsu Mitsutomi; 晴樹末吉; Haruki Sueyoshi
Original assignee: Fukuoka University
Current assignee: Fukuoka University
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-01-19
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: JP6202521B2

Abstract

【課題】シリコンウエハの両面の配線における位置合わせを簡単な構成で正確に行うことを可能とするシリコンウエハ及び配線形成方法を提供する。【解決手段】表面及び裏面に配線が形成されるシリコンウエハ２１において、当該シリコンウエハ２１が、マトリックス状に区画された複数のシリコンチップ領域３１を有しており、当該各シリコンチップ領域３１に対応するシリコンウエハ２１の表面から裏面まで貫通するアライメント穴２６が形成されており、当該アライメント穴２６を前記シリコンウエハ２１の裏面を露光する場合のアライメントマークとするものである。また、必要に応じて、各シリコンチップ領域３１間を劈開する際のダイシングにおけるスクライブラインを示すマークとしてアライメント穴２６を利用するものである。【選択図】図２

Description

本発明は、表面及び裏面に配線を形成する際に位置合わせを行うためのアライメントマークを有するシリコンウエハに関する。

シリコンウエハに露光により配線を形成する場合、アライメントマークに基づいてマスクの位置合わせが行われている（例えば、特許文献１を参照）。この位置合わせは、半導体デバイスの集積化に伴って非常に高精度が要求されるようになっており、シリコンウエハの裏面側に配線を形成する場合は、特に困難性が高くなっている。

図７に、シリコンウエハの裏面側を露光する場合の一般的な手法を示す。まず、シリコンウエハに薄膜層（例えば、酸化薄膜や金属薄膜）が形成され、感光剤が塗布されている状態で、表面側の露光が行われる。このとき、同時にアライメントマークを形成する。そして、裏面側の露光を行う場合は、例えば、近赤外カメラで表面側からアライメントマークを撮像して位置合わせを行ったり、裏面側からカメラでアライメントマーク撮像して位置合わせを行ってから裏面側の露光が行われる。すなわち、表面に形成されたアライメントマークをカメラで認識して、裏面側の露光の際の位置合わせが行われる。

また、特許文献２に、両面を同時露光する際の位置合わせに関する技術が開示されている。特許文献２に示す技術は、二つのフォトマスクを被露光物の表面側と裏面側に配置して被露光物の表裏両面を同時に露光する際に、被露光物に二つのアライメントマークを形成すると共に被露光物の表面側に配置されたフォトマスクに二つのアライメントマークを形成し、さらに被露光物の裏面側に配置されたフォトマスクに二つのアライメントマークを形成し、これらアライメントマークが撮像装置の光軸上に位置するようにフォトマスクの位置を調整した後、被露光物の表裏両面を露光するものである。

特開平１０−２０９００３号公報特開２００６−２７８６４８号公報

しかしながら、図７の手法や特許文献２に示す手法による位置合わせは、下方向からの撮像が必要であったり、特殊な撮像装置が必要となるため、構成が複雑になると共にコストも上がってしまう。

本発明は、シリコンウエハの両面の配線における位置合わせを簡単な構成で正確に行うことを可能とするシリコンウエハ及び配線形成方法を提供する。

本発明に係るシリコンウエハは、表面及び裏面に配線が形成されるシリコンウエハにおいて、当該シリコンウエハが、マトリックス状に区画された複数のシリコンチップ領域を有しており、当該各シリコンチップ領域に対応する前記シリコンウエハの表面から裏面まで貫通する貫通孔が形成されており、当該貫通孔を前記シリコンウエハの裏面を露光する場合のアライメントマークとするものである。

このように、本発明に係るシリコンウエハにおいては、表面及び裏面に配線が形成されるシリコンウエハにおいて、表面側から裏面側まで貫通する貫通孔をアライメントマークとして用いることで、裏面側を露光する際の位置合わせを表面側と同様に行うことができ、裏面側について、簡単な構成で確実な位置合わせを実現することができるという効果を奏する。

本発明に係るシリコンウエハは、前記貫通孔を、前記各シリコンチップ領域間を劈開する際のダイシングにおけるスクライブラインを示すマークとするものである。

このように、本発明に係るシリコンウエハにおいては、シリコンチップ間を劈開する際のダイシングにおけるスクライブラインのマークとして貫通孔を利用するため、位置合わせ用のマーカとダイシングマーカを兼用することができ、処理工程を簡素化することができるという効果を奏する。

本発明に係るシリコンウエハは、前記貫通孔が、前記スクライブラインの領域を挟んで外側に対向して形成され、対向する当該貫通孔の内側端部が、露光装置のマーカ検出領域より内側に位置しており、前記貫通孔の中心部に発生するめっきの欠陥部位と前記内側端部との間隔が、前記露光装置が識別可能となるように、前記貫通孔が形成されているものである。

このように、本発明に係るシリコンウエハにおいては、貫通孔が、スクライブラインの領域を挟んで外側に対向して形成され、対向する当該貫通孔の内側端部が、露光装置のマーカ検出領域より内側に位置しており、貫通孔の中心部に発生するめっきの欠陥部位と内側端部との間隔が、露光装置が識別可能となるように貫通孔が形成されているため、貫通孔にめっきされた金属を巻き込むことなくスムーズなダイシングを行いつつ、貫通孔の中心部分にめっきの欠陥部位が生じたような場合であっても、露光装置がマーカを確実に識別することができ、位置合わせ及びダイシングの工程をスムーズに行うことができるという効果を奏する。

本発明に係る配線形成方法は、シリコンウエハの表面側を露光する場合に、位置合わせのためのマークとして表面側から裏面側に貫通する貫通孔を形成する表面露光工程と、少なくとも前記貫通孔をめっきするめっき工程と、前記貫通孔をアライメントマークとして前記シリコンウエハの裏面側を露光する裏面露光工程とを含むものである。

第１の実施形態に係るシリコンウエハの配線を形成する工程の一部を示すフローチャートである。第１の実施形態に係るシリコンウエハの配線形成工程の一部を示す図である。第１の実施形態に係るシリコンウエハのアライメント穴表面の拡大図である。第１の実施形態に係るシリコンウエハにおけるアライメント穴の位置を示す図である。第１の実施形態に係るシリコンウエハにおけるアライメント穴の形状及びサイズを示す図である。第１の実施形態に係るシリコンウエハにおける欠損部位が生じた場合のアライメント穴の形状及びサイズを示す図である。シリコンウエハの裏面側を露光する場合の一般的な手法を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。

（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係るシリコンウエハについて、図１ないし図６を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るシリコンウエハの配線を形成する工程の一部を示すフローチャート、図２は、本実施形態に係るシリコンウエハの配線形成工程の一部を示す図である。

図１において、まず、シリコンウエハの表面露光が行われる（Ｓ１）。この表面露光の工程を図２（Ａ）、（Ｂ）に示す。図２（Ａ）において、シリコンウエハ２１に薄膜層（例えば、酸化薄膜や金属薄膜）２２ａが形成され、感光剤２３ａが塗布されている状態で、露光装置２４にマスクが装着され、シリコンウエハ２１の表面側の露光が行われる。

また、図２（Ｂ）において、貫通孔（以下、シリコン貫通ビア：Through Silicon Via（ＴＳＶ）とする）２５を形成するシリコン深堀加工が行われる。このとき、図２（Ｂ）に示すように、本来の接続配線として機能するＴＳＶ２５とは別に、アライメントマークとして機能させるための貫通孔をアライメント穴２６として形成する。ここでは、仮に３つのアライメント穴２６が形成されている。

図１に戻って、表面露光が終わると、ＴＳＶ２５の表面に絶縁膜が形成され、めっきにより貫通孔に導電材料（例えば、銅）が充填される（Ｓ２）。このめっき工程において、アライメント穴２６の中心部分に欠陥部位（例えば、巣）が形成される場合があり、形成された欠陥部位の影響によりアライメント穴２６を正確に認識できない状況が起こり得るが、本実施形態においては、アライメント穴２６のサイズを所定の大きさに設定することで、このような状況を回避している。アライメント穴２６の形状及びサイズについては、詳細を後述する。

めっき工程が終わると、少なくとも貫通孔の導電材料が露出するまで裏面側を研磨する。そして、シリコンウエハの上下を反転し、裏面側の露光が行われる（Ｓ３）。この裏面側の露光の工程を図２（Ｃ）に示す。図２（Ｃ）において、図２（Ａ）の状態からシリコンウエハ２１が上下反転しており、裏面側にも薄膜層２２ｂが形成され、感光剤２３ｂが塗布されている状態である。その状態で、露光装置２４に裏面配線用のマスクが装着され、シリコンウエハ２１の裏面側の露光が行われるが、その際にＳ１の工程で形成したアライメント穴２６を認識することでマスクの位置合わせを行う。すなわち、従来のように下からのカメラや特殊な装置を用いることなく、通常の露光装置で裏面側の配線における位置合わせを正確に行うことが可能となる。

マークの認識についてより詳細に説明する。図３は、図２（Ｃ）における裏面側のアライメント穴２６の表面部分の拡大図である。それぞれのアライメント穴２６ａ〜２６ｃの表面には絶縁膜（図３中の斜線部分）が形成されており、その表面に金属の薄膜層２２ｂが形成され、最後に感光剤２３ｂが塗布されている。カメラで表面から撮像することで、感光剤２３ｂを透過して薄膜層２２ｂの凸状部分を撮像し、アライメントマークとして認識することが可能となる。

次に、アライメント穴２６の態様について説明する。図４は、本実施形態に係るシリコンウエハにおけるアライメント穴の位置を示す図である。シリコンウエハ２１は、マトリックス状に区画された複数のシリコンチップ領域３１を有している。アライメント穴２６は、各シリコンチップ領域３１ごとに対応付けられて形成されている。１つのシリコンチップ領域３１に対して、ｘ座標マーク３２、ｙ，θ座標マーク３３が形成される。図４においては、ｘ座標マーク３２は、矩形のシリコンチップ領域３１の右辺に沿って当該シリコンチップ領域３１の外側に形成され、ｙ，θ座標マーク３３は、上辺に沿ってシリコンチップ領域３１の外側に形成されている。

なお、夫々の座標マークは、図４の位置に限定されるものではなく、ｘ座標マーク３２であれば、矩形のシリコンチップ領域３１の右辺又は左辺のいずれか、ｙ，θ座標マーク３３であれば、矩形のシリコンチップ領域３１の上辺又は底辺のいずれかに沿って形成されればよい。

図５は、アライメント穴の形状及びサイズを示す図である。図５において、アライメント穴２６は、対向して配設される２つのアライメント穴２６（図中のアライメント穴２６ａ〜アライメント穴２６ｅ）のペアが、シリコンチップ領域３１の辺に沿って当該シリコンチップ領域３１の外側に５個連続して配置されている。各アライメント穴２６のペアは、少なくともダイシングするためのダイシング領域の幅ｄを空けて対向して形成されている。

このｄの値は任意に設定することができるが、少なくともダイシングカッターの刃がアライメント穴２６に充填された導電材料に触れない（導電材料が刃に巻き込まれない）程度に設定されることが望ましい。

つまり、各アライメント穴２６ａ〜２６ｅのペアをダイシングにおけるスクライブラインを示すマーカとして利用することができると共に、各アライメント穴２６ａ〜２６ｅのペアの間をダイシングすることで、アライメント穴に充填された導電材料を巻き込むことなくスムーズなダイシングを行うことが可能となる。

ここで、各アライメント穴２６のサイズやめっきのやり方によっては、図６（Ａ）に示すように、一部のアライメント穴２６の中心部分に欠陥部位５０を生じることがある。つまり、めっきによる欠損部位５０がないアライメント穴２６と、欠損部位５０があるアライメント穴２６とが混在して形成される場合がある。

このように一部のアライメント穴２６に欠損部位５０が生じた場合、図中に示すように、露光装置２４で取れる波形にノイズが発生し、アライメント穴２６とシリコンとのエッジ部分を正確に検出することができず、アライメント穴２６をマーカとして認識できなくなってしまう。また、全てのアライメント穴２６に同様の欠損部位５０が生じている場合は、当該欠損部位５０が生じていることを前提として露光装置２４の設定を行うことが可能であるが、一部のアライメント穴２６にのみ欠損部位５０が生じている場合は、露光装置２４の最適な設定ができず、アライメント穴２６をマーカとしての認識するのは困難である。

そこで、本実施形態においては、一部のアライメント穴２６に欠損部位５０が生じている場合であっても、当該アライメント穴２６をマーカとして正確に認識できるように、それぞれ対向するアライメント穴２６の内側端部が、露光装置２４のマーカ検出領域より内側に位置しており、アライメント穴２６の中心部に発生するめっきの欠陥部位５０とアライメント穴２６の内側端部との間隔が、露光装置２４が識別可能となるように、アライメント穴２６のサイズが設定されて形成されるようにしてもよい。

すなわち、図６（Ｂ）に示すように、対向して形成される夫々のアライメント穴２６ａの内側端部５１間の幅が、ダイシング領域ｄより大きい幅を有すると共に、この内側端部５１が、露光装置２４がマーカとして検出可能なマーカ検出領域の幅Ｗよりも内側に位置するように形成され、欠損部位５０の内側端部５２とアライメント穴２６ａの内側端部５１とが露光装置により識別可能となるように、アライメント穴２６ａの幅Ｘが設定されることが望ましい。

このように、アライメント穴２６の幅Ｘが設定されることで、めっきの一部に欠損部位５０が生じているような場合であっても、アライメント穴２６をマーカとして正確に認識することができ、露光におけるマスクの位置合わせを正確に行うことができる。より具体的には、マーカ検出領域の幅Ｗが１００μｍ程度であり、ダイシング領域の幅ｄが２０μｍ〜７０μｍ、好ましくは５０μｍ程度とし、識別間隔Ｙが１５μｍ〜４０μｍ、好ましくは２５μｍ程度となるように、アライメント穴の幅Ｘが設定される。こうすることで、必要最小限の領域を利用して、正確な位置合わせを実現することが可能となる。

なお、本実施形態に係るシリコンウエハに形成されたアライメント穴２６は、露光におけるマスクの位置合わせを行うためのマーカ以外にも、チップを積層する際の位置合わせ用のマーカとしても利用可能である。

すなわち、チップを複数層に積層する際に、下層のアライメント穴２６をマーカとしてカメラで認識し、それをアライメントマーカとして利用することで、上層のチップの位置合わせを行うことができる。

また、積層後にＸ線を用いてアライメント穴２６を撮像することで、位置決めの精度を確認することができる。

２１シリコンウエハ
２２ａ，２２ｂ薄膜層
２３ａ，２３ｂ感光剤
２４露光装置
２５ＴＳＶ
２６（２６ａ〜２６ｅ）アライメント穴
３１シリコンチップ領域
３２ｘ座標マーク
３３ｙ，θ座標マーク
５０欠損部位
５１内側端部
５２欠損部位端部

Claims

表面及び裏面に配線が形成されるシリコンウエハにおいて、
当該シリコンウエハが、マトリックス状に区画された複数のシリコンチップ領域を有しており、当該各シリコンチップ領域に対応する前記シリコンウエハの表面から裏面まで貫通する貫通孔が形成されており、当該貫通孔が前記シリコンウエハの裏面を露光する場合のアライメントマークであることを特徴とするシリコンウエハ。
請求項１に記載のシリコンウエハにおいて、
前記貫通孔が、前記各シリコンチップ領域間を劈開する際のダイシングにおけるスクライブラインを示すマークであることを特徴とするシリコンウエハ。
請求項２に記載のシリコンウエハにおいて、
前記貫通孔が、前記スクライブラインの領域を挟んで外側に対向して形成され、対向する当該貫通孔の内側端部が、露光装置のマーカ検出領域より内側に位置しており、前記貫通孔の中心部に発生するめっきの欠陥部位と前記内側端部との間隔が、前記露光装置が識別可能となるように、前記貫通孔が形成されていることを特徴とするシリコンウエハ。
シリコンウエハの表面側を露光する場合に、位置合わせのためのマークとして表面側から裏面側に貫通する貫通孔を形成する表面露光工程と、
少なくとも前記貫通孔をめっきするめっき工程と、
前記貫通孔をアライメントマークとして前記シリコンウエハの裏面側を露光する裏面露光工程とを含むことを特徴とする配線形成方法。