JP2023013004A - 積層デバイスウェーハの形成方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023013004000001
【課題】デバイスチップに対応する矩形状の領域内に位置合わせ用のアライメントマークを形成することなくデバイスウェーハ同士を位置合わせして貼り合わせる積層デバイスウェーハの形成方法を提供する。
【解決手段】貼り合わせ装置30における層デバイスウェーハの形成方法は、第1デバイスウェーハ11と第2デバイスウェーハ21とを貼り合わせる貼り合わせステップを備える。貼り合わせステップは、第1デバイスウェーハの表面側の外周部に形成されておりデバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第1の所定ラインと、第2デバイスウェーハの表面側の外周部に形成されておりデバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第2の所定ラインと、を撮像ユニットで撮像し、第1の所定ライン及び第2の所定ラインを利用して、第1デバイスウェーハ及び第2デバイスウェーハの相対的な位置を調整する位置調整ステップを含む。
【選択図】図5

Description

本発明は、複数のデバイスウェーハが積層された積層デバイスウェーハを形成する積層デバイスウェーハの形成方法に関する。
近年、半導体デバイスチップを含む半導体装置が搭載される製品では、スマートフォン、タブレット等のモバイル機器に代表される様に、小型化、薄型化及び軽量化が進んでいる。これに伴い、半導体装置にも、小型化、薄型化及び高密度化が要求されている。
この要求に応えるために、複数の半導体デバイスが各々形成されている第1及び第2の半導体ウェーハを、接着層を介して貼り合わせてウェーハ・オン・ウェーハ(Wafer On Wafer:WOW)構造の積層デバイスウェーハとした後、ダイシング等を経て、積層マルチチップパッケージ(Multi Chip Package:MCP)を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1では、第1及び第2の半導体デバイスウェーハを正確に位置合わせして貼り合わせるために、まず、第1及び第2のシリコンウェーハの全体に熱酸化膜を形成し、次いで、フォトリソグラフィー工程により、熱酸化膜においてデバイスチップに対応する矩形状の領域内にアライメントマークを形成する。
アライメントマークは、矩形状の領域内に形成される素子等に対する基準位置を表示する機能を有すると共に、第1及び第2の半導体デバイスウェーハの位置合わせを行う際に各デバイスウェーハの位置を示す位置決めマークとしても機能する。
しかし、フォトリソグラフィー工程を行うために、アライメントマークを形成するための専用のフォトマスクが必要となるし、フォトリソグラフィー工程を行う分だけ、製造コストも上がる。
更に、このアライメントマークは、半導体デバイス自体の機能には寄与しないので、アライメントマークが存在することで、半導体回路、配線層等を含む半導体デバイスを形成可能な有効面積が減少する。
特開2008-153499号公報
本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、デバイスチップに対応する矩形状の領域内に位置合わせ用のアライメントマークを形成することなくデバイスウェーハ同士を位置合わせして貼り合わせることを目的とする。
本発明の一態様によれば、表面に複数の分割予定ラインが格子状に設定され該複数の分割予定ラインによって区画された各々矩形状の複数の領域の各々にデバイスがそれぞれ形成されている第1デバイスウェーハ及び第2デバイスウェーハを貼り合わせて、複数のデバイスウェーハが積層された積層デバイスウェーハを形成する積層デバイスウェーハの形成方法であって、該第1デバイスウェーハを加工して、該第1デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されている面取り部を少なくとも除去する除去ステップと、該除去ステップの後、該第1デバイスウェーハの裏面側を研削して薄化する薄化ステップと、該薄化ステップの後、該第1デバイスウェーハと、該第2デバイスウェーハと、を貼り合わせる貼り合わせステップと、を備え、該貼り合わせステップは、該第1デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第1の所定ラインと、該第2デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第2の所定ラインと、を撮像ユニットで撮像し、該第1の所定ライン及び該第2の所定ラインを利用して、該第1デバイスウェーハ及び該第2デバイスウェーハの相対的な位置を調整する位置調整ステップを含む積層デバイスウェーハの形成方法が提供される。
好ましくは、該貼り合わせステップでは、該第1デバイスウェーハの該裏面側と、該第2デバイスウェーハの該表面側と、を貼り合わせる。
好ましくは、該位置調整ステップでは、該第1の所定ラインと該第2の所定ラインとを、撮像ユニットで同時に撮像する。
また、好ましくは、該第1の所定ラインは、該第1デバイスウェーハの該表面に設定された第1の分割予定ラインであり、該第2の所定ラインは、該第2デバイスウェーハの該表面に設定された第2の分割予定ラインであり、該第1の分割予定ラインと、該第2の分割予定ラインとは、同じ形状及び大きさを有し、該位置調整ステップでは、該第1の分割予定ラインと、該第2の分割予定ラインとを、位置合わせする。
また、好ましくは、該位置調整ステップでは、該第1の所定ライン及び該第2の所定ラインに加えて、該第1の所定ラインと直交する位置関係にあり、該第1デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており、該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第3の所定ラインと、該第2の所定ラインと直交する位置関係にあり、該第2デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており、該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第4の所定ラインと、を用いて該第1デバイスウェーハ及び該第2デバイスウェーハの相対的な位置を調整する。
本発明の他の態様によれば、表面に複数の分割予定ラインが格子状に設定され該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域の各々にデバイスがそれぞれ形成されている第1デバイスウェーハ及び第2デバイスウェーハを貼り合わせて、複数のデバイスウェーハが積層された積層デバイスウェーハを形成する積層デバイスウェーハの形成方法であって、該第1デバイスウェーハの外周部において、該第1デバイスウェーハの厚さ方向における所定の深さに、該第1デバイスウェーハを透過する波長を有するレーザービームの集光点を位置付けて、改質層を形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップの後、該第1デバイスウェーハの裏面側を研削して薄化すると共に、該第1デバイスウェーハの外周部を除去する薄化ステップと、該薄化ステップの後、該第1デバイスウェーハと、該第2デバイスウェーハと、を貼り合わせる貼り合わせステップと、を備え、該貼り合わせステップは、該第1デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第1の所定ラインと、該第2デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第2の所定ラインと、を撮像ユニットで撮像し、該第1の所定ライン及び該第2の所定ラインを利用して、該第1デバイスウェーハ及び該第2デバイスウェーハの相対的な位置を調整する位置調整ステップを含む積層デバイスウェーハの形成方法が提供される。
本発明の一態様に係る積層デバイスウェーハの形成方法では、第1デバイスウェーハと、第2デバイスウェーハと、を貼り合わせる(貼り合わせステップ)。貼り合わせステップは、位置調整ステップを含む。
位置調整ステップでは、第1デバイスウェーハの表面側の外周部に形成されておりデバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第1の所定ラインと、第2デバイスウェーハの表面側の外周部に形成されておりデバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第2の所定ラインと、を撮像ユニットで撮像し、第1の所定ライン及び第2の所定ラインを利用して、第1デバイスウェーハ及び第2デバイスウェーハの相対的な位置を調整する。
つまり、デバイスウェーハの位置調整のために、デバイスに対応する矩形状の領域内に位置合わせ用のアライメントマークを形成することなく、デバイスウェーハ同士を位置合わせできる。それゆえ、アライメントマークを形成するためのフォトリソグラフィー工程を省略できることに加え、アライメントマークによりデバイスの有効面積が減少することもない。
図1(A)は第1デバイスウェーハの斜視図であり、図1(B)は第1デバイスウェーハの外周部の断面図である。 積層デバイスウェーハの形成方法のフロー図である。 図3(A)は除去ステップを示す一部断面側面図であり、図3(B)は除去ステップ後の第1デバイスウェーハの断面図である。 図4(A)は薄化ステップを示す一部断面側面図であり、図4(B)は薄化ステップ後の第1デバイスウェーハ等の断面図である。 位置調整ステップを示す一部断面側面図である。 第1デバイスウェーハ及び第2デバイスウェーハの斜視図である。 図7(A)は第1及び第2の分割予定ラインの位置がずれている場合における領域Aでの画像の模式図であり、図7(B)は第1及び第2の分割予定ラインの位置が一致している場合における領域Aでの画像の模式図である。 図8(A)は第3及び第4の分割予定ラインの位置がずれている場合における領域Bでの画像の模式図であり、図8(B)は第3及び第4の分割予定ラインの位置が一致している場合における領域Bでの画像の模式図である。 図9(A)は降下及び固定ステップを示す一部断面側面図であり、図9(B)は仮固定基板除去後の第1及び第2デバイスウェーハの断面図である。 第2の実施形態に係る積層デバイスウェーハの形成方法のフロー図である。 第1及び第2の加工予定ラインを示す第1デバイスウェーハの上面図である。 第1の改質層を形成する様子を示す図である。 第2の改質層を形成する様子を示す図である。 図14(A)はデバイス領域及び外周余剰領域を用いて位置調整ステップを行う場合を示す図であり、図14(B)はデバイス領域同士を用いて位置調整ステップを行う場合を示す図である。 5つのデバイスウェーハが積層された積層デバイスウェーハの断面図である。
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。まずは、第1デバイスウェーハ11(図1参照)及び第2デバイスウェーハ21(図5参照)について説明するが、両者は概ね同じ形状を有するので、第1デバイスウェーハ11について説明する。
図1(A)は、第1デバイスウェーハ11の斜視図であり、図1(B)は、第1デバイスウェーハ11の外周部の断面図である。第1デバイスウェーハ11は、主としてシリコンで形成された円板状のウェーハ13を有する。
第1デバイスウェーハ11の表面11a(ウェーハ13の表面に対応する)には、格子状に複数の分割予定ライン(ストリート)15が設定されている。複数の分割予定ライン15は、第1方向17aにそれぞれ平行な複数の分割予定ライン15aを含む。
複数の分割予定ライン15aには、第1方向17aと直交する第2方向17bにそれぞれ平行な複数の分割予定ライン15bが交差している。複数の分割予定ライン15a、15bにより、表面11aは、複数の矩形状の領域19Aに区画されている。
各矩形状の領域19Aの表面11a側には、IC(Integrated Circuit)等のデバイス19が形成されている。第1デバイスウェーハ11の外周部には、ウェーハ13の結晶方位を示すノッチ11cが形成されている。
また、表面11a側の外周部と、裏面11b側の外周部とには、それぞれ面取り部11dが形成されている。ウェーハ13の厚さ方向において、表面11a側の面取り部11dと、裏面11b側の面取り部11dと、の間には、ウェーハ13の径を規定する外周縁11eが存在する。
なお、第2デバイスウェーハ21は、第1デバイスウェーハ11と概ね同じ形状を有するが、第2デバイスウェーハ21のデバイス19の構造は、第1デバイスウェーハ11のデバイス19の構造と、同じでもよいし、異なってもよい。
次に、図2から図9(B)を参照し、第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21が積層された積層デバイスウェーハ23(図9(B)参照)を形成する積層デバイスウェーハ23の形成方法について説明する。
図2は、第1の実施形態に係る積層デバイスウェーハ23の形成方法のフロー図である。まず、第1デバイスウェーハ11の外周部を切削(加工)して、第1デバイスウェーハ11の表面11a側の外周部に形成されている面取り部11dを除去する(除去ステップS10)。
図3(A)は、除去ステップS10を示す一部断面側面図である。除去ステップS10では、切削装置2を用いる。切削装置2は、円板状のチャックテーブル(不図示)を有する。チャックテーブルの上面は、略平坦な保持面として機能する。
保持面には、エジェクタ等の吸引源(不図示)から負圧が伝達される。チャックテーブルの下部には、モータ等の回転駆動源(不図示)が連結されている。回転駆動源により、チャックテーブルは、切り込み送り方向(例えば、Z軸方向)に略平行に配置された所定の回転軸4の周りに回転可能である。
チャックテーブルの上方には、切削ユニットが配置されている。切削ユニットは、ボールねじ式の切り込み送りユニット(不図示)により、切り込み送り方向に移動可能に構成されている。
更に、切削ユニットは、ボールねじ式の割り出し送りユニット(不図示)により、割り出し送り方向(例えば、Y軸方向)に移動可能に構成されている。切削ユニットは、長手方向が割り出し送り方向に沿って配置された角筒状のスピンドルハウジングを有する。
スピンドルハウジングには、円柱状のスピンドル6の一部が回転可能に収容されている。スピンドル6の基端部には、モータ等の回転駆動源(不図示)が設けられている。スピンドル6の先端部は、スピンドルハウジングから突出しており、この先端部には、円環状の切り刃を有する切削ブレード8が装着されている。
除去ステップS10では、まず、第1デバイスウェーハ11の裏面11b側を保持面で吸引保持する。次いで、純水等の切削水を切削ブレード8に供給しながら、高速(例えば、約30,000rpm)で回転する切削ブレード8の下端部を表面11a側の外周部に切り込むと共に、所定の速度(例えば、3°/s(即ち、180°/min))でチャックテーブルを回転させる。
これにより、表面11a側の面取り部11dを除去し、表面11a側に環状の段差部11fを形成する。図3(B)は、除去ステップS10後の第1デバイスウェーハ11の断面図である。
なお、除去ステップS10では、少なくとも表面11a側の面取り部11dを除去するが、代替的に、切削ブレード8の切り込み深さを裏面11bと略同じ高さに位置付け、表面11a側及び裏面11b側の各面取り部11dを除去してもよい。
除去ステップS10の後、スピンナ塗布装置(不図示)を用いて紫外線硬化型樹脂、熱可塑性樹脂等の仮接着剤を、仮固定基板33に塗布する。これにより仮接着層35を形成した後、仮接着層35を介して、表面11a側に円板状の仮固定基板33を固定する(仮固定ステップS20)。
本実施形態では、仮固定基板33として、可視光に対して透明なガラス基板を使用する。但し、代替的に、仮固定基板33として、シリコン基板を使用してもよい。なお、シリコン基板は赤外線に対して透明であるので、シリコン基板を用いる場合には、後述の顕微鏡カメラユニット32において、赤外線カメラを利用する。
第1のチャックテーブルで仮固定基板33を吸引保持した後、裏面11b側を研削して第1デバイスウェーハ11を薄化する(薄化ステップS30)。図4(A)は、薄化ステップS30を示す第1デバイスウェーハ11及び研削研磨装置10の一部断面側面図である。
研削研磨装置10は、円板状の第1のチャックテーブル(不図示)を有する。第1のチャックテーブルは、モータ等の回転駆動源により所定の回転軸12の周りに回転可能である。
第1のチャックテーブルの上方には、粗研削ユニット14が設けられている。粗研削ユニット14は、ボールねじ式の研削送りユニット(不図示)により研削送り方向(例えば、Z軸方向)に移動可能に構成されている。粗研削ユニット14は、長手方向が研削送り方向に沿って配置された円筒状のスピンドルハウジング16を有する。
スピンドルハウジング16には、円柱状のスピンドル18の一部が回転可能に収容されている。スピンドル18の上端部には、モータ等の回転駆動源(不図示)が設けられている。スピンドル18の下端部は、スピンドルハウジング16から突出しており、この下端部には、円板状のマウント20の上面側が固定されている。
マウント20の下面側には、円環状の粗研削ホイール22が装着されている。粗研削ホイール22は、円環状のホイール基台22aを有する。ホイール基台22aの下面側には、各々ブロック状の複数の粗研削砥石22bが、ホイール基台22aの周方向に沿って離散的に配置されている。
研削研磨装置10は、更に、第1のチャックテーブルに隣接して配置され、第1のチャックテーブルと略同じ構造の第2のチャックテーブル(不図示)を有する。第2のチャックテーブルも、同様に、所定の回転軸の周りに回転可能である。
第2のチャックテーブルの上方には、仕上げ研削ユニット(不図示)が設けられている。仕上げ研削ユニットは、粗研削砥石22bに代えて、粗研削砥石22bよりも平均粒径が小さい砥粒を有する仕上げ研削砥石を備える。
研削研磨装置10は、更に、第1及び第2のチャックテーブルに隣接して配置され、第1のチャックテーブルと略同じ構造の第3のチャックテーブル(不図示)を有する。第3のチャックテーブルも、同様に、所定の回転軸の周りに回転可能である。
第3のチャックテーブルの上方には、研磨ユニット(不図示)が設けられている。研磨ユニットは、粗研削ホイール22に代えて、円板状の研磨パッド(不図示)を有する。
薄化ステップS30では、まず、第1のチャックテーブルを回転軸12の周りに所定の速度(例えば、約300rpm)で回転させると共に、スピンドル18を回転軸として粗研削ホイール22を所定の速度(例えば、約3,000rpm)で回転させる。
純水等の研削水を粗研削ホイール22から加工点に供給しながら、粗研削ユニット14を下方へ研削送りすることで、裏面11b側が粗研削される。所定の厚さとなるまで粗研削を行った後、第2のチャックテーブル及び仕上げ研削ユニットを用いて、裏面11b側を仕上げ研削する。
仕上げ研削の後、第3のチャックテーブル及び研磨ユニットを用いて、裏面11b側に対して化学機械研磨(CMP)を施す。粗研削、仕上げ研削及び研磨を経て、裏面11bからデバイス19の最表面までの厚さが10μm程度となる様に、ウェーハ13を薄化すると共に、研削痕(ソーマーク)を除去する。
薄化ステップS30において段差部11fに対応する位置まで裏面11b側が研削及び研磨されることで、第1デバイスウェーハ11の外径は、外周縁11eで規定される薄化ステップS30前の外径に比べて小さくなる。
図4(B)は、薄化ステップS30後の第1デバイスウェーハ11等の断面図である。薄化ステップS30の後、第1デバイスウェーハ11の裏面11b側と、第2デバイスウェーハ21の表面21a側とを、接着剤を介して貼り合わせる(貼り合わせステップS40)。
貼り合わせステップS40では、貼り合わせ装置30(図5参照)が用いられる。貼り合わせ装置30は、真空チャンバ(不図示)を有する。真空チャンバ内には、仮固定基板33を吸引保持する円板状の保持部(不図示)が設けられている。
保持部は多孔質体を含み、この多孔質体には、エジェクタ等の吸引源から負圧が伝達される。また、保持部は、連結されているZ軸方向移動機構(不図示)によりZ軸方向(上下方向)に沿って移動可能に構成されている。
保持部の近傍には、顕微鏡カメラユニット(撮像ユニット)32が設けられている。顕微鏡カメラユニット32は、レンズ、撮像素子等を含み、20μmから30μm程度の焦点深度を有する。
顕微鏡カメラユニット32は、保持部で吸引された仮固定基板33よりも上方において、X、Y及びZ軸方向に移動可能に構成されている。保持部及び顕微鏡カメラユニット32の下方には、保持テーブル(不図示)が設けられている。
保持テーブルは、各々ボールねじ式のX軸方向移動機構及びY軸方向移動機構(いずれも不図示)により、X及びY軸方向に沿って移動可能に構成されている。
更に、保持テーブルはZ軸方向に沿う回動軸の周りに所定の角度範囲で回動可能(即ち、θ方向調整可能)に構成されている。また、保持テーブルには、ヒータ等の加熱源(不図示)も設けられている。
貼り合わせステップS40では、まず、スピンナ塗布装置(不図示)を用いて、ベンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)等の樹脂製の接着剤を第1デバイスウェーハ11の裏面11b側に塗布し、所定厚さ(例えば、10μm未満の厚さ)を有する接着層37を形成する。
その後、真空チャンバ内を減圧し、第2デバイスウェーハ21の裏面21b側を、保持リング(不図示)等を用いて保持テーブルで保持すると共に、仮固定基板33を吸引保持した保持部を、下方に移動させる。
そして、表面21a側のデバイス19の上端と、接着層37とが、少なくとも数μmの距離39aだけ離れる様に、第2デバイスウェーハ21の表面21aと、接着層37とを、対面させて接近させる(図5参照)。このとき、表面11a及び表面21aは、顕微鏡カメラユニット32で同時に撮像可能な程度に近接した距離39bに位置する。
次いで、第1デバイスウェーハ11の表面11a側の外周部と、第2デバイスウェーハ21の表面21a側の外周部とを、顕微鏡カメラユニット32で撮像すると共に、第1デバイスウェーハ11に対する第2デバイスウェーハ21の相対的な位置を調整する(位置調整ステップS42)。
図5は、位置調整ステップS42を示す一部断面側面図であり、図6は、位置調整ステップS42における第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21の斜視図である。なお、図6では、仮固定基板33及び仮接着層35を省略している。
本実施形態の位置調整ステップS42では、表面11aの外周部に形成されている第1方向17aと平行な第1の分割予定ライン(第1の所定ライン)15aと、表面21aの外周部に形成されている第1方向17aと平行な第2の分割予定ライン(第2の所定ライン)15aと、を同時に撮像する。
第1の分割予定ライン15a及び第2の分割予定ライン15aは、ウェーハ13をデバイス19単位に分割するときの分割位置を示し、デバイス19に対応する矩形状の領域19A外に位置する。この点、上述の位置合わせ用のアライメントマークとは異なる。
図7(A)は、第1の分割予定ライン15aの位置と、第2の分割予定ライン15aの位置とが、第2方向17bでずれている場合における領域Aでの画像の模式図である。
図7(A)の場合、第2デバイスウェーハ21を第2方向17bに移動することで、第1の分割予定ライン15aと、第2の分割予定ライン15aとを、第2方向17bで位置合わせする。
図7(B)は、第1の分割予定ライン15aの位置と、第2の分割予定ライン15aの位置とが、第2方向17bで一致している場合における領域Aでの画像の模式図である。第1の分割予定ライン15aと、第2の分割予定ライン15aとは、同じ形状、同じ大きさ(幅)を有しているので、位置合わせの目印に適している。
続いて、領域B(図6参照)に顕微鏡カメラユニット32を位置付ける。そして、第1の分割予定ライン15aと直交する位置関係にある第3の分割予定ライン(第3の所定ライン)15bと、第2の分割予定ライン15aと直交する位置関係にある第4の分割予定ライン(第4の所定ライン)15bと、を同時に撮像する。
勿論、第3の分割予定ライン15bは表面11a側の外周部に形成されており、第4の分割予定ライン15bも表面21a側の外周部に形成されている。また、第3の分割予定ライン15b及び第4の分割予定ライン15bも、デバイス19に対応する矩形状の領域19A外に位置する。
図8(A)は、第3の分割予定ライン15bの位置と、第4の分割予定ライン15bの位置とが、ずれている場合における領域Bでの画像の模式図である。図8(A)の場合、第2デバイスウェーハ21を第1方向17aに移動することで、第3の分割予定ライン15bと、第4の分割予定ライン15bとを、第1方向17aで位置合わせする。
図8(B)は、第3の分割予定ライン15bの位置と、第4の分割予定ライン15bの位置とが、一致している場合における領域Bでの画像の模式図である。第3の分割予定ライン15bと、第4の分割予定ライン15bとは、同じ形状、同じ大きさ(幅)を有しているので、位置合わせの目印に適している。
特に、直交する位置関係にある複数の分割予定ライン15を利用して位置調整を行うことで、第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21の位置調整を、第1方向17a及び第2方向17bにおいて正確に位置合わせできる。
なお、領域A及び領域Bは、第1デバイスウェーハ11の周方向で1/4周以上離れていることが好ましい。この様に、領域A及び領域Bを離すことで、領域A及び領域Bが近接している場合に比べて、ずれを検出しやすくなる。
ところで、位置調整ステップS42では、表面11a側及び表面21a側の各分割予定ライン15を利用して第1デバイスウェーハ11と第2デバイスウェーハ21とのθ方向のずれを解消してもよい。
位置調整ステップS42では、この様にして、第1の分割予定ライン15a及び第2の分割予定ライン15aを利用して第2方向17bでの位置調整を行うと共に、第3の分割予定ライン15b及び第4の分割予定ライン15bを基準にして第1方向17aでの位置調整を行う。
つまり、第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21の位置調整のためにデバイス19に対応する矩形状の領域19A内にアライメントマークを形成することなく、第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21同士を位置合わせできる。
それゆえ、アライメントマークを形成するためのフォトリソグラフィー工程を省略できることに加え、アライメントマークによりデバイス19の有効面積が減少することもないという利点がある。
図9(A)は、位置調整ステップS42後の降下及び固定ステップS44を示す一部断面側面図である。降下及び固定ステップS44では、仮固定基板33を降下させ裏面11b側を表面21a側に押し当てると共に、接着層37を固化させる。
例えば、裏面11b側を表面21a側に押し当てた状態で第2デバイスウェーハ21を250℃で1時間程度加熱することで、接着層37が固化する。これにより、第1デバイスウェーハ11と、第2デバイスウェーハ21とを、接着固定する。
降下及び固定ステップS44の後、仮接着層35の粘着力を低下させ、仮固定基板33を表面11a側から剥離する(剥離ステップS50)。図9(B)は、剥離ステップS50後における積層デバイスウェーハ23の断面図である。
例えば、仮接着剤が紫外線硬化樹脂の場合、表面11a側に紫外線を照射して接着力を低減させた後、仮固定基板33を剥離する。これにより、第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21が積層された積層デバイスウェーハ23が形成される。
本実施形態では、デバイス19に対応する矩形状の領域19A内にアライメントマークを形成することなく、第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21を位置合わせできる。それゆえ、アライメントマークを形成するためのフォトリソグラフィー工程を省略できるし、アライメントマークによりデバイス19の有効面積が減少することもない。
(第1変形例)ところで、第1デバイスウェーハ11の表面11a側におけるデバイス19を含む回路パターンと、第2デバイスウェーハ21の表面21a側におけるデバイス19を含む回路パターンとが、鏡像対象である場合、表面11a側と表面21a側とを、貼り合わせることもできる。
この場合、除去ステップS10の後、表面11a側を樹脂製の保護テープ(不図示)等で保護した上で裏面11b側を研削することで、薄化ステップS30を行う。そして、薄化ステップS30後の第1デバイスウェーハ11の裏面11b側に、仮接着層35を介して仮固定基板33を固定する(仮固定ステップ)。
次いで、第1デバイスウェーハ11の表面11a側に接着層37を形成し、表面11a側の接着層37と、第2デバイスウェーハ21の表面21aとが、少なくとも数μmの距離39aだけ離れる様に、接着層37と、表面21aとを、対面させて接近させる。
そして、位置調整ステップS42では、赤外線カメラを搭載した顕微鏡カメラユニット32を用いて、第1デバイスウェーハ11の表面11a側の外周部と、第2デバイスウェーハ21の表面21a側の外周部とを、撮像すると共に、第1デバイスウェーハ11に対する第2デバイスウェーハ21の相対的な位置を調整する。
この様に赤外線カメラを用いることにより、第1デバイスウェーハ11を透過する態様で表面11a側を撮像すると共に、表面21a側を撮像できる。その後、降下及び固定ステップS44と、剥離ステップS50とを経て、表面11a側と表面21a側とが貼り合わされた積層デバイスウェーハを形成できる。
(第2変形例)また、上述の様に、表面11a側の回路パターンと、表面21a側の回路パターンとが、鏡像対象である場合、裏面11b側と裏面21b側とを、貼り合わせることもできる。
裏面11b側及び裏面21b側を貼り合わせる場合、上述の除去ステップS10から薄化ステップS30を経て薄化されており、表面11a側が仮固定基板33に固定された第1デバイスウェーハ11を準備する。
また、同様に、表面21a側の面取り部を除去した後、仮接着層35により表面21a側が仮固定基板(不図示)に固定された第2デバイスウェーハ21の裏面21b側を研削することで、薄化された第2デバイスウェーハ21を準備する。
なお、表面21a側の面取り部を除去する際には、薄化後の第2デバイスウェーハ21の径が、第1デバイスウェーハ11の径よりも大きくなる様に、表面21a側の除去範囲を調整する。
そして、裏面11b側に接着層37が設けられた第1デバイスウェーハ11の仮固定基板33を保持部で吸引保持し、第2デバイスウェーハ21に固定された仮固定基板を保持テーブルで吸引保持し、第1デバイスウェーハ11を第2デバイスウェーハ21の上方に配置する。
次いで、第1デバイスウェーハ11の接着層37と、第2デバイスウェーハ21の裏面21bとが、少なくとも数μmの距離39aだけ離れる様に、接着層37と、裏面21bとを、対面させて接近させる。
特に、位置調整ステップS42では、赤外線カメラを搭載した顕微鏡カメラユニット32を用いて、第1デバイスウェーハ11の表面11a側の外周部と、第2デバイスウェーハ21の表面21a側の外周部とを、撮像すると共に、第1デバイスウェーハ11に対する第2デバイスウェーハ21の相対的な位置を調整する。
この様に、赤外線カメラを用いることにより、第2デバイスウェーハ21を透過する態様で表面21a側を撮像すると共に、表面11a側を撮像できる。その後、降下及び固定ステップS44と、剥離ステップS50とを経て、裏面11b側と裏面21b側とが貼り合わされた積層デバイスウェーハを形成できる。
(第3変形例)また、第1デバイスウェーハ11の表面11a側と、第2デバイスウェーハ21の裏面21b側とを、貼り合わせてもよい。この場合、第1変形例と同様に、薄化ステップS30後の第1デバイスウェーハ11の裏面11b側に、仮接着層35を介して仮固定基板33を固定する(仮固定ステップ)。
また、第2変形例と同様に、表面21a側の面取り部を除去した後、仮接着層35により表面21a側が仮固定基板(不図示)に固定された第2デバイスウェーハ21の裏面21b側を研削することで、薄化された第2デバイスウェーハ21を準備する。なお、第2変形例と同様に、薄化後の第2デバイスウェーハ21の径を、第1デバイスウェーハ11の径よりも大きくする。
そして、裏面11b側に接着層37が設けられた第1デバイスウェーハ11の仮固定基板33を保持部で吸引保持し、第2デバイスウェーハ21に固定された仮固定基板を保持テーブルで吸引保持し、第1デバイスウェーハ11を第2デバイスウェーハ21の上方に配置する。
次いで、第1デバイスウェーハ11の接着層37と、第2デバイスウェーハ21の裏面21bとが、少なくとも数μmの距離39aだけ離れる様に、接着層37と、裏面21bとを、対面させて接近させる。
特に、位置調整ステップS42では、赤外線カメラを搭載した顕微鏡カメラユニット32を用いて、第1デバイスウェーハ11の表面11a側の外周部と、第2デバイスウェーハ21の表面21a側の外周部とを、撮像すると共に、第1デバイスウェーハ11に対する第2デバイスウェーハ21の相対的な位置を調整する。
この様に、赤外線カメラを用いることにより、第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21を透過する態様で、表面11a側と表面21a側とを撮像できる。その後、降下及び固定ステップS44と、剥離ステップS50とを経て、表面11a側と裏面21b側とが貼り合わされた積層デバイスウェーハを形成できる。
次に、第2の実施形態について説明する。図10は、第2の実施形態に係る積層デバイスウェーハ23の形成方法のフロー図である。第2の実施形態では、まず、仮接着層35を介して表面11a側を仮固定基板33に固定する(仮固定ステップS20)。
次いで、第1の加工予定ライン45a及び第2の加工予定ライン45b(図11参照)に沿って、第1デバイスウェーハ11の外周部に第1の改質層43a、第2の改質層43b(図12、図13参照)を形成する(改質層形成ステップS22)。
図11は、改質層43(図13参照)が各々形成される第1の加工予定ライン45a及び第2の加工予定ライン45bを示す第1デバイスウェーハ11の上面図である。なお、図11では、分割予定ライン15、デバイス19等を省略している。
改質層形成ステップS22では、レーザー加工装置40を用いる(図12参照)。レーザー加工装置40は、円板状のチャックテーブル(不図示)を有する。チャックテーブルの下部には、モータ等の回転駆動源(不図示)が設けられており、チャックテーブルは回転軸42の周りに回転可能である。
また、チャックテーブルの下部には、ボールねじ式の加工送り機構(X軸方向移動機構)が設けられている。チャックテーブルの上方には、レーザービーム照射ユニット44が配置されている。レーザービーム照射ユニット44は、レーザー発振器(不図示)と、集光レンズ(不図示)を含む集光器46と、を有する。
改質層形成ステップS22では、第1デバイスウェーハ11の径方向において外周縁11eから所定距離だけ内側に位置する環状の第1の加工予定ライン45a(図11参照)に沿ってレーザービームLを照射して、環状の第1の改質層43aを形成する。
図12は、第1の改質層43aを形成する様子を示す図であり、図11のC-C断面図に対応する。第1の改質層43aを形成するために、まず、第1デバイスウェーハ11に固定された仮固定基板33をチャックテーブルの保持面で吸引保持する。
次いで、集光器46を、第1の加工予定ライン45aの直上に配置し、ウェーハ13を透過する波長を有するパルス状のレーザービームLの集光点を、ウェーハ13の厚さ方向の所定の深さに位置付ける。この状態で、回転軸42の周りに第1デバイスウェーハ11を回転させる。加工条件は、例えば、下記の様に設定される。
波長 :1064nm
平均出力 :1W
繰り返し周波数:100kHz
回転速度 :180°/s
集光点及びその近傍では多光子吸収が生じるので、第1の加工予定ライン45aに沿って環状の第1の改質層43aが形成される。なお、集光点の深さ位置を変えて、ウェーハ13の厚さ方向に第1の改質層43aを複数形成してもよい。
図12では、第1の改質層43aを便宜的に丸で示す。第1の改質層43aを形成すると、第1の改質層43aを起点として、表面11a及び裏面11bへ延伸するクラック47が形成される。
改質層形成ステップS22では、更に、第1の加工予定ライン45aから外周縁11eまでの環状領域において、外周縁11eに沿って略等間隔で放射状に設定された複数(図11に示す例では18本)の第2の加工予定ライン45bに沿ってレーザービームLを照射して、第2の改質層43bを形成する。
図13は、第2の改質層43bを形成する様子を示す図であり、図11のC-C断面図に対応する。第2の改質層43bを形成するために、まず、1つの第2の加工予定ライン45bをX軸方向と略平行にする。
そして、1つの第2の加工予定ライン45b下の所定の深さにレーザービームLの集光点を位置付けて、1つの第2の加工予定ライン45bの一端から他端まで集光点が移動する様に、チャックテーブルをX軸方向に沿って移動させる。加工条件は、例えば、下記の様に設定される。
波長 :1064nm
平均出力 :1W
繰り返し周波数:100kHz
加工送り速度 :800mm/s
この様にして、全ての第2の加工予定ライン45bに沿って、第2の改質層43bを形成する。図13では、1つの第2の改質層43bを便宜的に複数の丸で示す。第2の改質層43bを形成すると、第2の改質層43bを起点として、表面11a及び裏面11bへ延伸するクラック47が形成される。なお、改質層43とは、例えば、レーザービームLの非照射領域に比べて、機械的強度が弱く、クラック47の起点となる領域を指す。
改質層形成ステップS22の後、第1デバイスウェーハ11の裏面11b側を研削して薄化する(薄化ステップS30、図4(A)及び図4(B)参照)。薄化ステップS30では、研削の衝撃に伴い、第1の改質層43a及び第2の改質層43bを起点にクラック47が延伸する。
そして、研削時に第1デバイスウェーハ11に作用する振動、遠心力等により、第1デバイスウェーハ11の外周部が分離され除去される。貼り合わせステップS40以降は、第1の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
第2の実施形態でも、デバイス19に対応する矩形状の領域19A内にアライメントマークを形成することなく、第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21を位置合わせできる。それゆえ、アライメントマークを形成するためのフォトリソグラフィー工程を省略できるし、アライメントマークによりデバイス19の有効面積が減少することもない。
第2の実施形態でも、第1変形例で述べた様に表面11a側と表面21a側とを貼り合わせてよいし、第2変形例で述べた様に裏面11b側と裏面21b側とを貼り合わせてよいし、第3変形例で述べた様に表面11a側と裏面21b側とを貼り合わせてもよい。
次に、位置調整ステップS42に関する二つの例を、図14(A)及び図14(B)を用いて説明する。図14(A)は、デバイス領域19a及び外周余剰領域29bを用いて位置調整ステップS42を行う場合を示す図である。
第1デバイスウェーハ11の表面11a側には、複数のデバイス19が形成されている円形のデバイス領域19aが存在する。また、第1デバイスウェーハ11の径方向においてデバイス領域19aの外側には、円環状の外周余剰領域が存在する。
同様に、第2デバイスウェーハ21の表面21a側には、複数のデバイス19が形成されている円形のデバイス領域29aが存在する。また、第2デバイスウェーハ21の径方向においてデバイス領域29aの外側には、外周余剰領域29bが存在する。
一般的に、直径300mm(12インチ)のウェーハの表面側において、外周縁から直径方向に沿って内側に2.0mmまでの環状領域では、その平坦性が製造メーカによって保証されていない。この環状領域は、一般に、外周余剰領域と呼ばれる。
外周余剰領域には、分割予定ライン15、デバイス19、配線層、回路等をそもそも形成しないか、仮に、形成したとしても、この外周余剰領域に形成された回路等は、最終的にデバイスチップとして使用されない。
また、直径方向に沿って外周余剰領域よりも更に内側1.0mmの範囲(即ち、外周余剰領域の内周を起点とし、外周縁11eから直径方向に沿って内側に3.0mmまで)の環状領域は、デバイス領域に含まれるけれども、当該環状領域に位置する回路等は、最終的にデバイスチップとして使用されない。
上記の事情を踏まえ、まず、図14(A)を参照し、第2デバイスウェーハ21における第2の分割予定ライン15a及び第4の分割予定ライン15bが、デバイス領域29aから外周余剰領域29bに亘って形成されている場合について説明する。
この場合、第1デバイスウェーハ11の表面11a側の外周部に形成されている第1の分割予定ライン15a及び第3の分割予定ライン15bと、第2デバイスウェーハ21の表面21a側の外周部に形成されている第2の分割予定ライン15a及び第4の分割予定ライン15bと、を用いて位置調整ステップS42を行うことができる。
しかし、図14(B)に示す様に、第2デバイスウェーハ21における第2の分割予定ライン15a及び第4の分割予定ライン15bが、デバイス領域29aの外周部には形成されているが外周余剰領域29bには形成されていない場合もある。
この場合、図14(B)に示す様に、図14(A)に示すデバイス領域19aの直径を更に1.0mm小さくすることで、デバイス領域29aの外周部を、デバイス領域19aの外側に露出させる(図14(B)の左向き矢印参照)。
図14(B)は、デバイス領域19a、29a同士を用いて位置調整ステップS42を行う場合を示す図である。デバイス領域19a、29aのそれぞれの外周部を顕微鏡カメラユニット32で撮像しながら、第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21の位置を調整する。
図14(A)及び図14(B)いずれの場合でも、デバイス19に対応する矩形状の領域19A内にアライメントマークを形成することなく、第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21を位置合わせできる。
また、図14(A)及び図14(B)の場合でも、第1変形例で述べた様に表面11a側と表面21a側とを貼り合わせてよいし、第2変形例で述べた様に裏面11b側と裏面21b側とを貼り合わせてよいし、第3変形例で述べた様に表面11a側と裏面21b側とを貼り合わせてもよい。
次に、3つ以上のデバイスウェーハを積層する例について説明する。図15は、5つのデバイスウェーハ(第1デバイスウェーハ11、第2デバイスウェーハ21、第3デバイスウェーハ31、第4デバイスウェーハ41、第5デバイスウェーハ51)が積層された積層デバイスウェーハ53の断面図である。
図15に示す様に、薄化された上段のデバイスウェーハの直径を、下段のデバイスウェーハの直径に比べて小さくすることにより、貼り合わせステップS40の手法を適用できる。
それゆえ、デバイス19に対応する矩形状の領域19A内にアライメントマークを形成することなく、積層方向で隣接するデバイスウェーハ同士を位置合わせできる。また、デバイスウェーハの表裏面のどちらを上(又は下)にするかは、適宜決定してよい。
その他、上述の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。
上述の除去ステップS10に代えて、第1デバイスウェーハ11に吸収される波長(例えば、355nm)を有するパルス状のレーザービームを用いて、少なくとも表面11a側の外周部に形成されている面取り部11dをレーザーアブレーションにより除去してもよい。
また、上述の除去ステップS10に代えて、プラズマエッチングにより、少なくとも表面11a側の外周部に形成されている面取り部11dを除去してもよい。つまり、第1デバイスウェーハ11を加工する除去ステップS10では、レーザーアブレーション又はプラズマエッチングを利用してもよい。
更に、貼り合わせステップS40では、接着層37に代えて、第1デバイスウェーハ11の裏面11b側に酸化シリコン層を形成し、更に、第2デバイスウェーハ21の表面21a側にも酸化シリコン層を形成してこれを平坦化した上で、酸化シリコン層同士を接合してもよい。
ところで、位置調整ステップS42では、表面11a側を撮像した後に顕微鏡カメラユニット32の焦点をZ軸方向で移動させて表面21a側を撮像することで、表面11a側及び表面21a側を同時ではなく、異なるタイミングで撮像してもよい。但し、同時に撮像する方が、位置調整がより容易になる。
また、位置調整ステップS42では,第1の分割予定ライン15aから第4の分割予定ライン15bに代えて、又は、これらと共に、TEG(Test Element Group)、メモリセル(Memory Cell)、行デコーダ、列デコーダ等を含むコア(Core)、ペリフェラル(Peripheral)、配線層等の所定のパターンを用いることもできる。
つまり、第1デバイスウェーハ11及び第2デバイスウェーハ21の位置調整に用いる第1から第4の所定ラインとしては、分割予定ライン15に限定されず、デバイス19に対応する矩形状の領域19A外に位置する任意のパターンを利用できる。
2:切削装置、4:回転軸、6:スピンドル、8:切削ブレード、10:研削研磨装置
11:第1デバイスウェーハ、11a:表面、11b:裏面、11c:ノッチ
11d:面取り部、11e:外周縁、11f:段差部、13:ウェーハ
12:回転軸、14:粗研削ユニット、16:スピンドルハウジング、18:スピンドル
15,15a,15b:分割予定ライン
15a:第1の分割予定ライン(第1の所定ライン)
15a:第2の分割予定ライン(第2の所定ライン)
15b:第3の分割予定ライン(第3の所定ライン)
15b:第4の分割予定ライン(第4の所定ライン)
17a:第1方向、17b:第2方向
19:デバイス、19A:領域、19a:デバイス領域
20:マウント、22:粗研削ホイール、22a:ホイール基台、22b:粗研削砥石
21:第2デバイスウェーハ、21a:表面、21b:裏面
23:積層デバイスウェーハ、29a:デバイス領域、29b:外周余剰領域
30:貼り合わせ装置、32:顕微鏡カメラユニット(撮像ユニット)
33:仮固定基板、35:仮接着層、37:接着層、39a,39b:距離
40:レーザー加工装置、42:回転軸
44:レーザービーム照射ユニット、46:集光器
43:改質層、43a:第1の改質層、43b:第2の改質層
45a:第1の加工予定ライン、45b:第2の加工予定ライン、47:クラック
31:第3デバイスウェーハ、41:第4デバイスウェーハ
51:第5デバイスウェーハ、53:積層デバイスウェーハ
A,B:領域、L:レーザービーム

Claims (6)

  1. 表面に複数の分割予定ラインが格子状に設定され該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域の各々にデバイスがそれぞれ形成されている第1デバイスウェーハ及び第2デバイスウェーハを貼り合わせて、複数のデバイスウェーハが積層された積層デバイスウェーハを形成する積層デバイスウェーハの形成方法であって、
    該第1デバイスウェーハを加工して、該第1デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されている面取り部を少なくとも除去する除去ステップと、
    該除去ステップの後、該第1デバイスウェーハの裏面側を研削して薄化する薄化ステップと、
    該薄化ステップの後、該第1デバイスウェーハと、該第2デバイスウェーハと、を貼り合わせる貼り合わせステップと、
    を備え、
    該貼り合わせステップは、該第1デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第1の所定ラインと、該第2デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第2の所定ラインと、を撮像ユニットで撮像し、該第1の所定ライン及び該第2の所定ラインを利用して、該第1デバイスウェーハ及び該第2デバイスウェーハの相対的な位置を調整する位置調整ステップを含むことを特徴とする積層デバイスウェーハの形成方法。
  2. 該貼り合わせステップでは、該第1デバイスウェーハの該裏面側と、該第2デバイスウェーハの該表面側と、を貼り合わせることを特徴とする請求項1に記載の積層デバイスウェーハの形成方法。
  3. 該位置調整ステップでは、該第1の所定ラインと該第2の所定ラインとを、撮像ユニットで同時に撮像することを特徴とする請求項1又は2に記載の積層デバイスウェーハの形成方法。
  4. 該第1の所定ラインは、該第1デバイスウェーハの該表面に設定された第1の分割予定ラインであり、
    該第2の所定ラインは、該第2デバイスウェーハの該表面に設定された第2の分割予定ラインであり、
    該第1の分割予定ラインと、該第2の分割予定ラインとは、同じ形状及び大きさを有し、
    該位置調整ステップでは、該第1の分割予定ラインと、該第2の分割予定ラインとを、位置合わせすることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の積層デバイスウェーハの形成方法。
  5. 該位置調整ステップでは、該第1の所定ライン及び該第2の所定ラインに加えて、該第1の所定ラインと直交する位置関係にあり、該第1デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており、該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第3の所定ラインと、該第2の所定ラインと直交する位置関係にあり、該第2デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており、該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第4の所定ラインと、を用いて該第1デバイスウェーハ及び該第2デバイスウェーハの相対的な位置を調整することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の積層デバイスウェーハの形成方法。
  6. 表面に複数の分割予定ラインが格子状に設定され該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域の各々にデバイスがそれぞれ形成されている第1デバイスウェーハ及び第2デバイスウェーハを貼り合わせて、複数のデバイスウェーハが積層された積層デバイスウェーハを形成する積層デバイスウェーハの形成方法であって、
    該第1デバイスウェーハの外周部において、該第1デバイスウェーハの厚さ方向における所定の深さに、該第1デバイスウェーハを透過する波長を有するレーザービームの集光点を位置付けて、改質層を形成する改質層形成ステップと、
    該改質層形成ステップの後、該第1デバイスウェーハの裏面側を研削して薄化すると共に、該第1デバイスウェーハの外周部を除去する薄化ステップと、
    該薄化ステップの後、該第1デバイスウェーハと、該第2デバイスウェーハと、を貼り合わせる貼り合わせステップと、
    を備え、
    該貼り合わせステップは、該第1デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第1の所定ラインと、該第2デバイスウェーハの該表面側の外周部に形成されており該デバイスに対応する矩形状の領域外に位置する第2の所定ラインと、を撮像ユニットで撮像し、該第1の所定ライン及び該第2の所定ラインを利用して、該第1デバイスウェーハ及び該第2デバイスウェーハの相対的な位置を調整する位置調整ステップを含むことを特徴とする積層デバイスウェーハの形成方法。
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