JP2018098378A - インターポーザの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガラス基板を用いたインターポーザの耐熱性を高めることができるインターポーザの製造方法を提供する。【解決手段】格子状に設定された複数の分割予定ラインによって複数の領域に区画されるガラス基板と、ガラス基板の第１面又は第１面とは反対側の第２面に積層され絶縁層と配線層とを含む積層体と、を備える材料基板から複数のインターポーザを製造するインターポーザの製造方法であって、分割予定ラインに沿って積層体の露出した面に第１の切削ブレードを切り込ませ、ガラス基板に達しない深さの切削溝を積層体に形成する切削溝形成工程と、切削溝よりも幅の狭い第２の切削ブレードを切削溝に沿ってガラス基板に切り込ませ、ガラス基板を分割して複数のインターポーザを製造する分割工程と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス基板を用いたインターポーザの製造方法に関する。
半導体装置の更なる小型化、高集積化を実現するために、半導体チップを厚さ方向に重ねて貫通電極（ＴＳＶ：Through Silicon Via）で接続する３次元実装技術が実用化されている。しかしながら、この３次元実装技術では、複数の半導体チップを厚さ方向に重ねるので、放熱性が低下し易く、サイズの異なる半導体チップを使用することもできない。更に、半導体チップを貫通する貫通電極の形成に伴い、製造コストが高くなり易いという問題もあった。
近年では、シリコンウェーハを用いて形成されるインターポーザ（中継用基板）を介して複数の半導体チップを実装する実装技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この実装技術は、２．５次元実装技術等とも呼ばれ、例えば、メモリ機能を持つ半導体チップと、演算機能を持つ半導体チップとが重ならないようにインターポーザに接続される。２．５次元実装技術では、少なくとも一部の半導体チップが厚さ方向に重ならないので、上述した３次元実装技術の諸問題を解消し易くなる。
一方で、シリコンウェーハを用いたインターポーザには、高周波領域での損失が大きく、価格も高いという問題があった。そこで、高周波領域での損失低減に有利で低価格なガラス基板をインターポーザに用いる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このインターポーザは、例えば、ガラス基板の少なくとも一方の主面に絶縁層と配線層とを含む積層体を形成した上で、予め設定されている分割予定ラインに沿ってガラス基板を分割することで得られる。
特表２００３−５０３８５５号公報 特開２０１５−１９８２１２号公報
ガラス基板の分割は、通常、回転させた切削ブレードを分割予定ラインに沿って切り込ませる方法で行われる。ところが、この方法で製造されるインターポーザには、耐熱性の点で問題があった。具体的には、例えば、このインターポーザに対して温度サイクル試験（ＴＣＴ：Temperature Cycling Test）を行うと、ガラス基板にクラックが発生したり、積層体がガラス基板から剥離したりして、不良率が高くなってしまう。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガラス基板を用いたインターポーザの耐熱性を高めることができるインターポーザの製造方法を提供することである。
本発明の一態様によれば、格子状に設定された複数の分割予定ラインによって複数の領域に区画されるガラス基板と、該ガラス基板の第１面又は該第１面とは反対側の第２面に積層され絶縁層と配線層とを含む積層体と、を備える材料基板から複数のインターポーザを製造するインターポーザの製造方法であって、該分割予定ラインに沿って該積層体の露出した面に第１の切削ブレードを切り込ませ、該ガラス基板に達しない深さの切削溝を該積層体に形成する切削溝形成工程と、該切削溝よりも幅の狭い第２の切削ブレードを該切削溝に沿って該ガラス基板に切り込ませ、該ガラス基板を分割して複数のインターポーザを製造する分割工程と、を含むインターポーザの製造方法が提供される。
本発明の一態様において、前記第２の切削ブレードに含まれる砥粒の粒径は、前記第１の切削ブレードに含まれる砥粒の粒径よりも小さいことが好ましい。
また、本発明の別の一態様によれば、格子状に設定された複数の分割予定ラインによって複数の領域に区画されたガラス基板と、該ガラス基板の第１面又は該第１面とは反対側の第２面に積層され絶縁層と配線層とを含む積層体と、を備える材料基板から複数のインターポーザを製造するインターポーザの製造方法であって、該積層体に対して吸収性を有する波長のレーザービームを該分割予定ラインに沿って該積層体の露出した面に照射し、該ガラス基板に達しない深さのレーザー加工溝を該積層体に形成するレーザー加工溝形成工程と、該レーザー加工溝よりも幅の狭い切削ブレードを該レーザー加工溝に沿って該ガラス基板に切り込ませ、該ガラス基板を分割して複数のインターポーザを製造する分割工程と、を含むインターポーザの製造方法が提供される。
本発明に係るインターポーザの製造方法によれば、分割予定ラインに沿ってガラス基板に達しない深さの溝（切削溝又はレーザー加工溝）を積層体に形成した上で、この溝よりも幅の狭い切削ブレードを溝に沿ってガラス基板に切り込ませるので、製造されるインターポーザの端部には、薄い積層体が残る。
端部の積層体が厚い従来のインターポーザが加熱されると、ガラス基板と積層体との熱膨張係数の違いに起因する大きな力が端部に作用して、積層体はガラス基板から剥がれ易い。これに対し、本発明で製造されるインターポーザでは、端部の積層体が薄くなっているので、従来の方法で製造されるインターポーザに比べて積層体を剥がすような大きな力が端部に作用し難い。
つまり、本発明で製造されるインターポーザが加熱されても、積層体はガラス基板から剥がれ難い。このように、本発明に係るインターポーザの製造方法によれば、ガラス基板を用いたインターポーザの耐熱性を高めることができる。
図１（Ａ）は、本実施形態で使用される材料基板の構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、材料基板の一部（領域Ａ）を拡大した断面図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、切削溝形成工程について説明するための一部断面側面図である。 図３（Ａ）は、切削溝形成工程の後に行われる分割工程について説明するための一部断面側面図であり、図３（Ｂ）は、分割工程を経て製造されるインターポーザの構成例を模式的に示す斜視図である。 図４（Ａ）は、レーザー加工溝形成工程について説明するための一部断面側面図であり、図４（Ｂ）は、レーザー加工溝形成工程の後に行われる分割工程について説明するための一部断面側面図である。
添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係るインターポーザの製造方法は、ガラス基板と積層体とを備える材料基板から複数のインターポーザを製造するための方法であって、切削溝形成工程（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）、及び分割工程（図３（Ａ）参照）を含む。
切削溝形成工程では、ガラス基板に設定された分割予定ラインに沿って積層体の露出した面に切削ブレード（第１の切削ブレード）を切り込ませ、ガラス基板に達しない深さの切削溝を積層体に形成する。分割工程では、切削溝よりも幅の狭い切削ブレード（第２の切削ブレード）を切削溝に沿ってガラス基板に切り込ませ、ガラス基板を分割して複数のインターポーザを製造する。以下、本実施形態に係るインターポーザの製造方法について詳述する。
図１（Ａ）は、本実施形態で使用される材料基板１の構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、材料基板１の一部（領域Ａ）を拡大した断面図である。本実施形態に係る材料基板１は、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラスでなる円盤状のガラス基板１１を用いて構成され、格子状に設定された複数の分割予定ライン（ストリート）１３によって複数の領域に区画されている。
ガラス基板１１の第１面（表面）１１ａ及び第１面１１ａとは反対側の第２面（裏面）１１ｂには、それぞれ複数の層（膜）が積層されてなる積層体１５が設けられている。この積層体１５は、例えば、金属等の導体でなる配線層１７と、樹脂等の絶縁体でなる絶縁層１９とを含み、隣接する配線層１７の間が絶縁層１９によって絶縁されている。
また、ガラス基板１１には、第１面１１ａから第２面１１ｂに向かって貫通する貫通孔１１ｃが形成されている。貫通孔１１ｃには、金属等の導体でなる電極２１が埋め込まれている。第１面１１ａ側の配線層１７と第２面１１ｂ側の配線層１７とは、この電極２１を介して接続される。
なお、本実施形態では、ガラス基板１１の第１面１１ａ及び第２面１１ｂの両方に積層体１５を有する材料基板１を例示しているが、積層体１５は、第１面１１ａ及び第２面１１ｂの一方にのみ設けられても良い。その場合には、貫通孔１１ｃや電極２１等も省略できる。また、積層体１５（配線層１７、絶縁層１９）、貫通孔１１ｃ、電極２１等の構成、形成方法等にも特段の制限はない。
このように構成される材料基板１を分割予定ライン１３に沿って分割することで、複数のインターポーザ３（図３（Ｂ）参照）を製造できる。本実施形態に係るインターポーザの製造方法では、まず、分割予定ライン１３に沿って積層体１５の露出した面に第１の切削ブレードを切り込ませ、ガラス基板１１に達しない深さの切削溝を積層体に形成する切削溝形成工程を行う。
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、切削溝形成工程について説明するための一部断面側面図である。この切削溝形成工程では、例えば、ダイヤモンド等の砥粒を樹脂や金属等の結合材で固定して所定の幅（水平方向の長さ、厚さ）に形成された環状の切削ブレード（第１の切削ブレード）２が使用される。
切削ブレード２を構成する砥粒や樹脂の材質は、積層体１５の材質等に合わせて適切に設定される。切削ブレード２に含まれる砥粒の粒径に特段の制限はないが、例えば、２０μｍ〜４０μｍ程度、好ましくは、２５μｍ〜３５μｍ程度（代表的には、３０μｍ程度）とする。切削ブレード２の幅にも特段の制限はないが、例えば、１５０μｍ〜５００μｍ、好ましくは、２００μｍ〜３００μｍ程度とする。
この切削ブレード２は、水平方向に対して概ね平行な回転軸となるスピンドル（不図示）の一端側に装着される。スピンドルの他端側には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されており、スピンドルに装着された切削ブレード２は、この回転駆動源から伝わる力によって回転する。
切削溝形成工程では、まず、ガラス基板１１の第１面１１ａ側が上方を向くように材料基板１を保持する。材料基板１の保持は、例えば、チャックテーブル（不図示）等を用いて行うことができる。次に、材料基板１と切削ブレード２との相対的な位置を調整し、切削ブレード２を、任意の分割予定ライン１３の延長線上に合わせる。
また、第１面１１ａ側の積層体１５の露出した面１５ａよりも低く、ガラス基板１１の第１面１１ａよりも高い位置に、切削ブレード２の下端を合わせる。その後、切削ブレード２を回転させて、対象の分割予定ライン１３に対して平行な方向に沿って材料基板１と切削ブレード２とを相対的に移動させる。
これにより、図２（Ａ）に示すように、対象の分割予定ライン１３に沿って第１面１１ａ側の積層体１５の露出した面１５ａに切削ブレード２を切り込ませ、ガラス基板１１に達しない深さの切削溝１５ｂを第１面１１ａ側の積層体１５に形成できる。
なお、切削ブレード２の下端の位置は、切削溝１５ｂの底からガラス基板１１の第１面１１ａまでの距離が、例えば、１μｍ〜３０μｍ程度、好ましくは、２μｍ〜２０μｍ程度となるように調整される。すなわち、分割予定ライン１３に沿って、例えば、１μｍ〜３０μｍ程度、好ましくは、２μｍ〜２０μｍ程度の厚さの積層体１５を残す。これにより、熱に起因してインターポーザ３の端部に発生する力を適切に緩和して、積層体１５の剥離を防止できるようになる。
対象の分割予定ライン１３に沿って第１面１１ａ側の積層体１５に切削溝１５ｂを形成した後には、上述の動作を繰り返し、全ての分割予定ライン１３に沿って第１面１１ａ側の積層体１５に切削溝１５ｂを形成する。その後、材料基板１の上下を反転させて、図２（Ｂ）に示すように、同様の手順で第２面１１ｂ側の積層体１５に切削溝１５ｂを形成する。全ての分割予定ライン１３に沿って第２面１１ｂ側の積層体１５に切削溝１５ｂが形成されると、切削溝形成工程は終了する。
なお、本実施形態では、第１面１１ａ側の積層体１５に切削溝１５ｂを形成した後、第２面１１ｂ側の積層体１５に切削溝１５ｂを形成しているが、第２面１１ｂ側の積層体１５に切削溝１５ｂを形成した後、第１面１１ａ側の積層体１５に切削溝１５ｂを形成しても良い。
切削溝形成工程の後には、切削溝１５ｂよりも幅の狭い切削ブレード（第２の切削ブレード）を切削溝１５ｂに沿ってガラス基板１１に切り込ませ、ガラス基板１１を分割して複数のインターポーザ３を製造する分割工程を行う。図３（Ａ）は、分割工程について説明するための一部断面側面図である。
この分割工程では、ダイヤモンド等の砥粒を樹脂や金属等の結合材で固定して切削溝１５ｂより狭い幅に形成された切削ブレード（第２の切削ブレード）４が使用される。切削ブレード４を構成する砥粒や樹脂の材質は、ガラス基板１１の材質等に合わせて適切に設定される。
切削ブレード４に含まれる砥粒の粒径に特段の制限はないが、例えば、５μｍ〜２０μｍ程度、好ましくは、１５μｍ程度とする。一方で、切削ブレード４の幅は、切削溝１５ｂの幅（すなわち、切削ブレード２の幅）よりも狭くする必要がある。具体的には、例えば、５０μｍ〜１５０μｍ程度、好ましくは、７５μｍ〜１２５μｍ程度（代表的には、１００μｍ程度）とする。これにより、製造されるインターポーザ３の端部に薄い積層体１５を残すことができる。
この切削ブレード４も、水平方向に対して概ね平行な回転軸となるスピンドル（不図示）の一端側に装着される。スピンドルの他端側には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されており、スピンドルに装着された切削ブレード４は、この回転駆動源から伝わる力によって回転する。
分割工程では、まず、ガラス基板１１の第１面１１ａ側が上方を向くように材料基板１を保持する。材料基板１の保持は、例えば、チャックテーブル（不図示）等を用いて行うことができる。次に、材料基板１と切削ブレード４との相対的な位置を調整し、切削ブレード４を、任意の切削溝１５ｂ（分割予定ライン１３）の延長線上に合わせる。
また、第２面１１ｂ側の積層体１５に形成された切削溝１５ｂの底よりも低い位置に、切削ブレード４の下端を合わせる。その後、切削ブレード４を回転させて、対象の切削溝１５ｂ（分割予定ライン１３）に対して平行な方向に沿って材料基板１と切削ブレード４とを相対的に移動させる。
これにより、図３（Ａ）に示すように、対象の切削溝１５ｂ（分割予定ライン１３）に沿ってガラス基板１１に切削ブレード４を切り込ませ、ガラス基板１１を分割できる。対象の切削溝１５ｂ（分割予定ライン１３）に沿ってガラス基板１１を分割した後には、上述の動作を繰り返し、全ての切削溝１５ｂ（分割予定ライン１３）に沿ってガラス基板１１を分割する。
全ての切削溝１５ｂ（分割予定ライン１３）に沿ってガラス基板１１が分割され、複数のインターポーザ３が完成すると、分割工程は終了する。なお、本実施形態では、第１面１１ａ側からガラス基板１１に切削ブレード４を切り込ませているが、第２面１１ｂ側が上方を向くように材料基板１を保持して、第２面１１ｂ側からガラス基板１１に切削ブレード４を切り込ませても良い。
図３（Ｂ）は、本実施形態で製造されるインターポーザ３の構成例を模式的に示す斜視図である。図３（Ｂ）に示すように、本実施形態で製造されるインターポーザ３の端部では、他の領域に比べて積層体１５が薄くなっている。これにより、ガラス基板１１と積層体１５との熱膨張係数の違いにより端部に生じる力（例えば、内部応力）を小さく抑えて、積層体１５の剥離を防止できる。すなわち、インターポーザ３の耐熱性を高めることができる。
以上のように、本実施形態に係るインターポーザの製造方法によれば、分割予定ライン（ストリート）１３に沿ってガラス基板１１に達しない深さの切削溝１５ｂを積層体１５に形成した上で、この切削溝１５ｂよりも幅の狭い切削ブレード４を切削溝１５ｂに沿ってガラス基板１１に切り込ませるので、製造されるインターポーザ３の端部には、薄い積層体が残る。
端部の積層体が厚い従来のインターポーザが加熱されると、ガラス基板と積層体との熱膨張係数の違いに起因する大きな力が端部に作用して、積層体はガラス基板から剥がれ易い。これに対し、本実施形態で製造されるインターポーザ３では、端部の積層体１５が薄くなっているので、従来の方法で製造されるインターポーザに比べて積層体１５を剥がすような大きな力が端部に作用し難い。
つまり、本実施形態で製造されるインターポーザ３が加熱されても、積層体１５はガラス基板１１から剥がれ難い。このように、本実施形態に係るインターポーザの製造方法によれば、ガラス基板１１を用いたインターポーザ３の耐熱性を高めることができる。
この耐熱性を確認するため、低温処理（−５５℃１５分）と高温処理（１２５℃で１５分）とをそれぞれ５００回繰り返す温度サイクル試験（ＴＣＴ：Temperature Cycling Test）を行ったところ、本実施形態に係るインターポーザ６では、３０個のサンプルの全てで積層体１５の剥がれが見られなかった。一方、端部の積層体が厚い従来のインターポーザでは、３０個のサンプルの全てで積層体の剥がれが見られた。
なお、本発明は、上記実施形態の記載に制限されず種々変更して実施可能である。例えば、切削溝１５ｂを形成する切削溝形成工程の代わりに、レーザービームでレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程を行っても良い。図４（Ａ）は、レーザー加工溝形成工程について説明するための一部断面側面図である。
このレーザー加工溝形成工程では、例えば、レーザー加工溝の形成に適したレーザービームＬを照射するためのレーザー照射ユニット６が使用される。レーザー照射ユニット６は、集光用のレンズ（不図示）を備えており、レーザー発振器（不図示）でパルス発振されたレーザービームＬを所定の位置に照射、集光する。レーザー発振器は、積層体１５（特に、絶縁層１９）に対して吸収性を有する波長（吸収され易い波長）のレーザービームＬをパルス発振できるように構成されている。
レーザー加工溝形成工程では、まず、ガラス基板１１の第１面１１ａ側が上方を向くように材料基板１を保持する。材料基板１の保持は、例えば、チャックテーブル（不図示）等を用いて行うことができる。次に、材料基板１とレーザー照射ユニット６との相対的な位置を調整し、レーザー照射ユニット６を、任意の分割予定ライン１３の延長線上に合わせる。
そして、レーザー照射ユニット６からレーザービームＬを照射させながら、対象の分割予定ライン１３に対して平行な方向に沿って材料基板１とレーザー照射ユニット６とを相対的に移動させる。これにより、図４（Ａ）に示すように、対象の分割予定ライン１３に沿って第１面１１ａ側の積層体１５の露出した面１５ａにレーザービームＬを照射し、この第１面１１ａ側の積層体１５をアブレーション加工してレーザー加工溝１５ｃを形成できる。
なお、レーザービームＬを集光させる集光点の位置、レーザービームＬのスポット径、レーザービームＬの出力等の条件は、ガラス基板１１に達しない深さのレーザー加工溝１５ｃを第１面１１ａ側の積層体１５に形成できる範囲内で調整される。具体的には、分割予定ライン１３に沿って、例えば、１μｍ〜３０μｍ程度、好ましくは、２μｍ〜２０μｍ程度の厚さの積層体１５が残る条件でレーザービームＬを照射する。これにより、熱に起因する積層体１５の剥離を防止できるようになる。
対象の分割予定ライン１３に沿って第１面１１ａ側の積層体１５にレーザー加工溝１５ｃを形成した後には、上述の動作を繰り返し、全ての分割予定ライン１３に沿って第１面１１ａ側の積層体１５にレーザー加工溝１５ｃを形成する。その後、材料基板１の上下を反転させて、同様の手順で第２面１１ｂ側の積層体１５にレーザー加工溝１５ｃを形成する。全ての分割予定ライン１３に沿って第２面１１ｂ側の積層体１５にレーザー加工溝１５ｃが形成されると、レーザー加工溝形成工程は終了する。
なお、ここでは、第１面１１ａ側の積層体１５にレーザー加工溝１５ｃを形成した後、第２面１１ｂ側の積層体１５にレーザー加工溝１５ｃを形成しているが、第２面１１ｂ側の積層体１５にレーザー加工溝１５ｃを形成した後、第１面１１ａ側の積層体１５にレーザー加工溝１５ｃを形成しても良い。
レーザー加工溝形成工程の後には、レーザー加工溝１５ｃよりも幅の狭い切削ブレードをレーザー加工溝１５ｃに沿ってガラス基板１１に切り込ませ、ガラス基板１１を分割して複数のインターポーザ３を製造する分割工程を行う。図４（Ｂ）は、レーザー加工溝形成工程の後に行われる分割工程について説明するための一部断面側面図である。
この分割工程は、上記実施形態の分割工程と同様の手順で行われる。なお、この分割工程では、レーザー加工溝１５ｃより狭い幅に形成された切削ブレード８が使用される。切削ブレード８を構成する砥粒や樹脂の材質は、ガラス基板１１の材質等に合わせて適切に設定される。砥粒の粒径や、切削ブレード８の厚さの詳細については、切削ブレード４と同様である。全ての切削溝１５ｂ（分割予定ライン１３）に沿ってガラス基板１１が分割され、複数のインターポーザ３が完成すると、分割工程は終了する。
その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
１ 材料基板
３ インターポーザ
１１ ガラス基板
１１ａ 第１面（表面）
１１ｂ 第２面（裏面）
１１ｃ 貫通孔
１３ 分割予定ライン（ストリート）
１５ 積層体
１５ａ 露出した面
１５ｂ 切削溝
１５ｃ レーザー加工溝
１７ 配線層
１９ 絶縁層
２１ 電極
２ 切削ブレード（第１の切削ブレード）
４ 切削ブレード（第２の切削ブレード）
６ レーザー照射ユニット
８ 切削ブレード
Ｌ レーザービーム

Claims (3)

  1. 格子状に設定された複数の分割予定ラインによって複数の領域に区画されるガラス基板と、該ガラス基板の第１面又は該第１面とは反対側の第２面に積層され絶縁層と配線層とを含む積層体と、を備える材料基板から複数のインターポーザを製造するインターポーザの製造方法であって、
    該分割予定ラインに沿って該積層体の露出した面に第１の切削ブレードを切り込ませ、該ガラス基板に達しない深さの切削溝を該積層体に形成する切削溝形成工程と、
    該切削溝よりも幅の狭い第２の切削ブレードを該切削溝に沿って該ガラス基板に切り込ませ、該ガラス基板を分割して複数のインターポーザを製造する分割工程と、を含むことを特徴とするインターポーザの製造方法。
  2. 前記第２の切削ブレードに含まれる砥粒の粒径は、前記第１の切削ブレードに含まれる砥粒の粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のインターポーザの製造方法。
  3. 格子状に設定された複数の分割予定ラインによって複数の領域に区画されたガラス基板と、該ガラス基板の第１面又は該第１面とは反対側の第２面に積層され絶縁層と配線層とを含む積層体と、を備える材料基板から複数のインターポーザを製造するインターポーザの製造方法であって、
    該積層体に対して吸収性を有する波長のレーザービームを該分割予定ラインに沿って該積層体の露出した面に照射し、該ガラス基板に達しない深さのレーザー加工溝を該積層体に形成するレーザー加工溝形成工程と、
    該レーザー加工溝よりも幅の狭い切削ブレードを該レーザー加工溝に沿って該ガラス基板に切り込ませ、該ガラス基板を分割して複数のインターポーザを製造する分割工程と、を含むことを特徴とするインターポーザの製造方法。
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