JP5505118B2

JP5505118B2 - 半導体デバイスを製造する方法

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Publication number: JP5505118B2
Application number: JP2010137461A
Authority: JP
Inventors: 和也岡本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-06-16
Also published as: JP2012004307A

Description

本発明は、半導体デバイスを製造する方法に関する。

各々に素子及び回路が形成されたウェハを積層して製造された半導体デバイスがある（例えば、特許文献１参照）。積層型の半導体デバイスは、立体的な構造をとることにより実装面積を拡大することなく実効的な実装密度を向上できる。また積層された半導体チップ相互の配線を短縮できるので、動作速度の向上、消費電力の低減にも寄与する。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献１] 特開平１１−２６１０００号公報

一般的にウェハを積層する場合、回路領域及び貫通電極が形成された２つのウェハを回路領域を向かい合わせて接合した後、一方の裏面をＣＭＰ等により研磨して貫通電極を露出させる。そして露出した貫通電極に次のウェハの回路領域を向かい合わせて接合するというプロセスがとられる。ここで、貫通電極を露出させるためにウェハを研磨した時に、ウェハが研磨時の圧力で歪むことによって、貫通電極の位置がずれてしまい、他のウェハを積層する場合に、貫通電極の位置が整合しないことがあった。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る半導体デバイスを製造する方法は、配線領域が一方の面に形成された複数の基板を積層して半導体デバイスを製造する方法であって、複数の基板を準備する基板前処理ステップと、配線領域が形成された面とは反対の面を、貫通電極が露出するまで除去して基板を薄化する薄化ステップと、基板同士を接合する接合ステップとを有し、基板前処理ステップは、一の基板の配線領域が、他の基板の配線領域と向かい合って接合されるか、他の基板の薄化ステップで露出された貫通電極と向かい合って接合されるかにより、一の基板の配線領域を形成する形成制御を変更する制御変更ステップを含む。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

半導体デバイスを製造する方法を実行する半導体製造装置の全体構造を概略的に示す構成図である。露光装置の構造を模式的に示す断面図である。アライメント装置の構造を模式的に示す断面図である。接合装置の概略構成を示す断面図である。研磨装置の概略構成を示す断面図である。ウェハＷの概略構成を示す上面図である。研磨装置で研磨されるウェハＷの様子を段階的に示す部分断面図である。本実施形態に係る半導体デバイスを製造する制御手順を示すフローチャートである。露光倍率を変更しないで露光した場合に形成される回路領域及び貫通電極と、露光倍率を変更して露光した場合の回路領域及び貫通電極を概略的に示す図である。積層されたウェハＷを概略的に示す部分断面図である。ＲＤＬを介して積層されたウェハＷを概略的に示す部分断面図である。インターポーザを介して積層されたウェハＷを概略的に示す部分断面図である。その他の実施形態に係る半導体デバイスを製造する制御手順を示すフローチャートである。露光中心のシフト及び露光倍率の変更をしないで露光した場合に形成される回路領域及び貫通電極と、露光中心のシフト及び露光倍率の変更をして露光した場合の回路領域及び貫通電極を概略的に示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る半導体デバイスを製造する方法を実行する半導体製造装置１００の全体構造を概略的に示す構成図である。図では半導体製造装置１００の設置面に平行な方向をＸＹ方向として、設置面に垂直な方向をＺ方向としている。

半導体製造装置１００は、制御部１０１、パターン形成システム１１０及び重ね合わせ装置１５０を備える。半導体製造装置１００に含まれる各装置の各要素は、半導体製造装置１００全体の制御及び演算を司る制御部１０１、または要素ごとに設けられた制御演算部が、統合制御、協調制御をすることにより動作する。

パターン形成システム１１０は、ウェハに回路領域及び貫通電極を形成する。パターン形成システム１１０には露光装置が含まれるが、一括投影露光装置又は分割投影露光装置のいずれでも用いることができる。本実施形態ではまず一括投影露光装置を用いた例を説明して、次に分割投影露光装置を用いた例を説明する。

重ね合わせ装置１５０は、アライメント装置２００、ウェハ収納部３００、接合装置４００、研磨装置５００及び、ウェハまたはウェハホルダを搬送する搬送装置１６０を備える。なお、ここで言うウェハホルダは、ウェハを保持した状態のウェハホルダも含む。

搬送装置１６０は、保持したウェハまたはウェハホルダを回転もしくは進退させて、各構成装置に搬入出する。なお本実施形態では、一つの搬送装置１６０により全ての構成装置に対して、ウェハもしくはウェハホルダを搬入出しているが、ある２つの構成装置を直列に配置して、構成装置間に専用の搬送装置１６０を配置するように構成してもよい。

ウェハ収納部３００は、ウェハを単体でストックするウェハカセット、ウェハホルダを単体でもしくはウェハを載置した状態でストックするウェハホルダラックを備える。ウェハ収納部３００には、パターン形成システム１１０によって回路領域及び貫通電極が形成されたウェハが収納される。

図２はパターン形成システム１１０が備える一括投影方式の露光装置１２０の概略構成を示す断面図である。露光装置１２０は、制御部１２１、ウェハステージ１２２、レーザ光源１２３、照明光学系１２４、レチクル１２５、投影光学系１２６を備える。

露光装置１２０には、フォトレジストが塗布されたウェハＷが搬入される。搬入されたウェハＷは、ウェハステージ１２２に載置される。ウェハＷには、レーザ光源１２３から出力されたレーザ光が、照明光学系１２４、複数の回路パターンが形成されたレチクル１２５及び投影光学系１２６を介して照射されることにより、複数の回路領域が一括して露光される。

ウェハＷに複数の回路領域を露光するとき、制御部１２１によって露光倍率が制御される。制御部１２１は、投影光学系１２６が備えるレンズのレンズ間距離を調節することにより露光倍率を変更する。なお、レンズ間距離の調節に限らず、投影光学系１２６の内部圧力を調整することにより露光倍率を変更するように構成しても良く、レンズ間距離の調整および内部圧力の調整を組み合わせてもよい。露光終了後、パターン形成システム１１０が、露光されたウェハＷのフォトレジストを現像した後にエッチング処理を実行することにより、ウェハＷに複数の回路領域が形成される。

図３は、アライメント装置２００の概略構成を示す断面図である。アライメント装置２００は、固定ステージ２２１及び移動ステージ２２２を備える。固定ステージ２２１は、アライメント装置２００の天井部の下面に固定され、ウェハホルダＷＨを吸着保持する。

移動ステージ２２２は、アライメント装置２００の底部側に配置され、ＸＹ平面方向に移動する。また移動ステージ２２２はシリンダ２６２及びピストン２６４を有する。ピストン２６４は、シリンダ２６２内をＺ方向に昇降する。ピストン２６４の上面には、ウェハホルダＷＨが保持される。

アライメント装置２００は図示の状態にある場合に、顕微鏡２４２、２４４を用いて、対向するウェハＷのアライメントマークＭを観察する。そして、移動ステージ２２２を移動させつつ取得した映像から、両ウェハＷのアライメントマークＭの正確な位置を検出する。

次にアライメント装置２００は、移動ステージ２２２の移動により両ウェハＷを対向させ、検出したアライメントマークＭの位置を基準として、正確に位置合わせする。そして位置合わせ後、両ウェハＷが接触するまでピストン２６４を上昇させる。

両ウェハＷが接触すると、各ウェハホルダＷＨが備える永久磁石と磁性体部材が相互に吸着して、２枚のウェハＷを挟持する。もちろん、機構的に2枚のWを直接把持することもできる。２枚のウェハホルダＷＨが２枚のウェハＷを挟持して一体的に固定した状態を仮接合した状態と呼ぶ。なお、仮接合するウェハＷが、すでに積層されたウェハである場合は厚みが厚く、薄化されたウェハである場合は厚みが薄くなるが、アライメント装置２００はウェハＷの厚みに応じてピストン２６４のＺ方向の位置を調整して位置合わせ及び仮接合を実行する。

図４は、接合装置４００の概略構成を示す断面図である。接合装置４００は、押圧部４４６、加圧ステージ４４８及び受圧ステージ４５０を備える。押圧部４４６は、図示されていない空圧駆動部により駆動されてＺ方向に昇降する。押圧部４４６の上端には、加圧ステージ４４８が搭載される。加圧ステージ４４８は、押圧部４４６の上端に結合された板状の基板保持部４６８を有する。

基板保持部４６８は、ヒータ４７０を有しており、ヒータ４７０により加熱される。アライメント装置２００で仮接合された２枚のウェハＷ及び２枚のウェハホルダＷＨは、搬送装置１６０により基板保持部４６８に載置される。

接合装置４００は、押圧部４４６の駆動により加圧ステージ４４８を受圧ステージ４５０に向けて上昇させ、仮接合された２枚のウェハＷ及び２枚のウェハホルダＷＨを押圧する。受圧ステージ４５０もヒータ４７６を有しており、押圧中に、ヒータ４７０、４７６により加圧ステージ４４８及び受圧ステージ４５０を加熱することにより、２枚のウェハＷ同士が接合する。

図５は、研磨装置５００の概略構成を示す断面図である。本実施形態においては、研磨装置５００は、例えば液体供給装置を備えるＣＭＰ装置５１０と、図示しないバックグラインダ装置とを備える。ＣＭＰ装置５１０は、ウェハＷを、研磨対象面が上向きの状態で吸着保持する回転定盤５１１と、回転定盤５１１の上方に設置され、回転定盤５１１に保持されたウェハＷの研磨対象面と対向する研磨パッド５１３を下面に有した研磨ヘッド５１２とを備える。

研磨パッド５１３の直径はウェハＷの直径よりも小さい。研磨パッド５１３は、図示の例では、モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３により、ＸＹ方向に移動する。研磨パッド５１３をウェハＷに上方から接触させた状態で移動させることによりウェハＷの表面全体を研磨する。ウェハＷは、本実施例では、バックグラインダ装置により研磨対象面側が研磨された後、ＣＭＰ装置５１０に搬入され、回転定盤５１１に載置される。

研磨ヘッド５１２は、モータＭ４の回転駆動によりＺ軸回りに回転する。またエアシリンダ５１４の駆動により上下方向に移動する。回転定盤５１１に載置されたウェハＷに対して、所定の接触圧で研磨パッド５１３を押し当て、モータＭ１、Ｍ２を駆動して研磨ヘッド５１２をＸＹ方向に揺動させる。

ウェハＷの表面は、研磨パッド５１３の回転及び揺動運動により満遍なく研磨される。なお、ウェハＷは単独の１枚の状態で回転定盤５１１に載置されて表面が研磨されても良く、すでに積層されたウェハが載置されて最外面を構成するウェハの表面が研磨されてもよい。ここではその後の洗浄工程は簡単のため省く。

図６は、ＣＭＰ装置５１０によって研磨されるウェハＷを、研磨対象面側から見た概略図である。複数の回路領域６０１及び貫通電極６０２は、研磨対象面とは反対側の面に形成されており、研磨対象面側には露出していない。

ＣＭＰ装置５１０は、ウェハＷを内側から外側に向けて研磨することにより、ウェハＷを薄化して貫通電極６０２を露出させる。このとき貫通電極６０２は外側に歪んでいき、表面に露出した時には、破線で示した貫通電極６０９の位置までずれる。

図７は、ウェハＷがＣＭＰ装置５１０によって研磨される様子を、図６のＡ−Ａ断面を例に段階的に示す部分断面図である。図のＡ−Ａ断面は、ウェハＷの周縁部に形成された回路領域６０１を含む。

ウェハＷは、Ｓｉ基板６０３及びＳｉ基板６０３の表面に形成された絶縁層６０４を含む。回路領域６０１は、Ｓｉ基板６０３の内部に形成されている。絶縁層６０４の内部にはＡｌ配線６０５、６０６が形成されている。なお、貫通電極６０２の周りには、ＳｉＯ_２等から構成される絶縁膜が形成され、Ｓｉ基板６０３との絶縁を図るようになっているが、ここでは図示を省略している。

ウェハＷは、回路領域６０１が形成された面とは反対の面がバックグラインダによって研磨された後、ＣＭＰ装置５１０によって貫通電極６０２が露出するまで薄化される。薄化の過程においてウェハＷは内側から外側に向かって研磨され、図で示すように研磨が進むにつれて外側への歪みが大きくなる。

そして、貫通電極６０２が露出した段階では、貫通電極６０２の位置が、歪みが無い場合に比べて外側にずれる。貫通電極６０２のずれ量は、ウェハのベベル部の形状、ウェハの熱歪み、成膜条件等により異なる。

回路領域６０１が形成された面の側に露出している貫通電極６０２の表面は研磨によるずれが生じないので、他のウェハＷの回路領域が形成された面を向かい合わせて接合する場合、貫通電極６０２の位置が一致する。しかしながら、薄化された側の面と他のウェハＷの回路領域が形成された面を向かい合わせて接合する場合、研磨により生じたずれによって、貫通電極６０２の位置が整合しなくなる。

そこで本実施形態では、研磨によって生じるウェハＷの貫通電極６０２の位置ずれに対応するために次に示す手順でウェハ同士の接合を実行する。図８は、本実施形態に係る半導体デバイスを製造する制御手順を示すフローチャートである。

本フローチャートは、パターン形成システム１１０にウェハＷが設置された状態を開始状態とする。なお、単独のウェハＷまたは既に積層されたウェハＷをウェハ収納部３００に対して出し入れする作業、ウェハＷのウェハホルダＷＨへの着脱作業については、特に必要な場合を除き説明を省略する。

ステップＳ８０１では、設置されたウェハＷの回路領域６０１が、他のウェハの回路領域と向かい合って接合される予定のウェハＷであるか、他のウェハの薄化により露出された貫通電極６０２と向かい合って接合される予定のウェハＷであるかを、パターン形成システム１１０が判断する。パターン形成システム１１０は、全体の手順を制御する制御部１０１と通信することにより、他のウェハＷの状態を取得する。

なお制御部１０１との通信に限らず、例えば露光する順番が予め設定された設定情報を参照することにより、他のウェハＷの状態を取得してもよい。また、ユーザの指示を受け付けることにより他のウェハＷの状態を取得してもよい。ステップＳ８０１で他のウェハの回路領域６０１と向かい合って接合される予定のウェハＷであると判断された場合はステップＳ８０２に進む。

ステップＳ８０２ではパターン形成システム１１０が、基準となる露光倍率で、複数の回路領域６０１及び貫通電極６０２に対応するパターンをウェハＷに露光する。そして露光終了後にパターン形成システム１１０が、レジストを現像した後にエッチングを実行することにより、ウェハＷに複数の回路領域６０１及び貫通電極６０２が形成される。

ステップＳ８０１で他のウェハの薄化により露出された貫通電極６０２と向かい合って接合される予定のウェハＷであると判断された場合は、ステップＳ８０３に進む。ステップＳ８０３ではパターン形成システム１１０が、接合対象のウェハＷの情報を取得する。

具体的には、接合対象のウェハＷが、積層されたウェハＷであるか、また積層されたウェハＷである場合、何枚積層されているのかを示す情報を取得する。接合対象のウェハＷを示す情報は、全体の手順を制御する制御部１０１によって管理されており、パターン形成システム１１０の制御部１２１が制御部１０１と通信することにより情報を取得する。

ステップＳ８０４では制御部１２１が、取得した接合対象のウェハＷの情報に従って露光倍率を変更し複数の回路領域６０１及び貫通電極６０２に対応するパターンをウェハＷに露光する。露光倍率は、積層されていない場合よりも積層されている場合の方が大きく、また積層されている場合は、積層されている枚数が多いほど大きい値に変更される。露光倍率の変更についての詳細は後述する。露光終了後パターン形成システム１１０が、レジストを現像した後にエッチング処理を実行することにより、ウェハＷに複数の回路領域６０１及び貫通電極６０２が形成される。

ステップＳ８０５では、パターン形成システム１１０により回路領域６０１及び貫通電極６０２が形成されたウェハＷが、搬送装置１６０を介してウェハ収納部３００に収納される。なお、ステップＳ８０２おいて露光されたウェハＷと、ステップＳ８０４において露光倍率を変更して露光されたウェハＷは区別して収納される。また更に、ステップＳ８０４において異なる露光倍率で露光されたウェハＷは区別して収納される。ウェハ収納部３００は複数の棚を備え、各ウェハＷは対応する棚に仕分けされる。

ステップＳ８０６では、制御部１０１が、露光対象のウェハＷが残存しているかを判断する。露光するウェハＷの枚数は事前に設定されており、制御部１０１は、設定された枚数の露光が終了したか否かを検知することにより判断する。なお、制御部１０１が、パターン形成システム１１０に次のウェハＷが設置されているか検知することにより判断するように構成してもよい。またユーザによる指示に従って判断するように構成してもよい。

露光対象のウェハＷが残存していると判断された場合は、ステップＳ８０１に戻る。露光対象のウェハＷが残存していないと判断された場合はステップＳ８０７に進む。ステップＳ８０１からステップＳ８０６の手順で、複数の回路領域が一方の面に形成された複数枚のウェハＷが準備される。即ち、ステップＳ８０１からステップＳ８０６は、複数の回路領域が一方の面に形成された複数枚のウェハＷを準備するウェハ前処理ステップに相当する。

ステップＳ８０７は、研磨装置５００によって実行される、ウェハＷの複数の回路領域が形成された面とは反対の面を、貫通電極６０２が露出するまで除去してウェハを薄化する薄化ステップに相当する。薄化対象のウェハＷは、ウェハ収納部３００に収納されたウェハＷの中から制御部１０１によって判断される。

具体的には例えば、２枚のウェハＷが回路領域を向かい合わせて接合された積層ウェハＷを、薄化対象のウェハＷとして判断する。そして、制御部１０１が搬送装置１６０を制御することにより、薄化対象のウェハＷがウェハ収納部３００から研磨装置５００へと搬送される。研磨装置５００は搬入されたウェハＷを研磨して、貫通電極６０２が露出するまで薄化する。

ステップＳ８０８では、アライメント装置２００が、搬入された２つのウェハＷを位置合わせして仮接合する。アライメント装置２００には、制御部１０１の制御により、搬送装置１６０によって、ウェハ収納部３００から搬出したウェハＷが搬入される。制御部１０１は、仮接合する２つのウェハＷを判断して搬入する。

例えば制御部１０１は、研磨装置５００で薄化された一方のウェハＷの回路領域に対して、他方のウェハの回路領域を向かい合わせて仮接合する場合は、薄化されたウェハＷと、ステップＳ８０２で露光されたウェハＷをアライメント装置２００に搬入する。また制御部１０１は、研磨装置５００で薄化された一方のウェハＷの、薄化により露出された貫通電極６０２に対して、他方のウェハＷの回路領域６０１を向かい合わせて仮接合する場合は、ステップＳ８０４で露光されたウェハＷを、アライメント装置２００に搬入する。

ステップＳ８０９では、接合装置４００が、アライメント装置２００で仮接合された２つのウェハＷを加熱加圧することにより、ウェハＷ同士を接合する。こうして接合されたウェハＷは、制御部１０１の制御により、搬送装置１６０によってウェハ収納部３００に収納される。上述したように、２つのウェハＷの回路領域及び貫通電極を向かい合わせて接合する場合に、回路領域及び貫通電極は、２つのウェハを電気的に接続する配線領域の役割を果たす。なお、制御部１０１は、接合装置４００による接合により形成された積層ウェハＷの、積層された枚数毎に仕分けして、ウェハ収納部３００に収納するように制御する。

図８に示すフローチャートでは、ウェハＷを１枚露光する毎にウェハ収納部３００に格納するように制御していたが、例えばパターン形成システム１１０にウェハを一時的に収納する領域を設けて収納しておき、まとめてウェハ収納部３００に収納するように制御できる。また、ステップＳ８０６で露光するウェハＷがまだあるかを判断して、露光するウェハＷがなくなってから次のステップに進むように制御していたが、例えば露光するウェハＷが残っている状態で次のステップに進むようにも制御できる。

図９は、露光倍率を変更しないで露光した場合に形成される回路領域６０１及び貫通電極６０２と、露光倍率を変更して露光した場合の回路領域６０８及び貫通電極６０９を概略的に示す上面図である。図では、前者の回路領域６０１及び貫通電極６０２を実線、後者の回路領域６０８及び貫通電極６０９を破線で表している。

パターン形成システム１１０は、露光倍率の数値を変更することによって、貫通電極６０２の位置をウェハＷの中心から外側に放射状に移動させる。即ち、露光倍率の変更によって、研磨装置５００による研磨により貫通電極６０２の位置がウェハＷの中心から外側に放射状にずれたウェハＷに対して、貫通電極６０２の位置を整合できる。

図１０は、本実施形態により積層されたウェハＷを概略的に示す部分断面図である。図１０は、ウェハＷに複数形成された回路領域のうちの、ウェハＷの周縁部に位置する回路領域付近の断面を示している。また図１０は、４枚のウェハ１００１、１００２、１００３、１００４が積層された状態を表している。

ウェハ１００１とウェハ１００２は回路領域１０１１と回路領域１０２１とが向かい合わせて接合されている。図で示すように、回路領域を向かい合わせて接合する場合は、研磨による貫通電極の位置ずれは影響しない。

ウェハ１００２は、ウェハ１００１と接合された後に、研磨装置５００によって貫通電極１０２２が露出するまで研磨されており、貫通電極１０２２が歪んでいる。ウェハ１００３は、ウェハ１００２の貫通電極１０２２の位置ずれに対応するために、露光倍率を変更することにより回路領域１０３１及び貫通電極１０３２が移動している。図では露光倍率を変更しない場合の回路領域１０３１及び貫通電極１０３２の位置を破線で示している。

ウェハ１００３は、ウェハ１００２と接合された後に、研磨装置５００によって貫通電極１０３２が露出するまで研磨されており、貫通電極１０３２が歪んでいる。そして、ウェハ１００４は、ウェハ１００３の貫通電極１０３２の位置ずれに対応するために、露光倍率を変更することにより回路領域１０４１及び貫通電極１０４２が移動している。

ウェハ１００３は、ウェハ１００２の貫通電極１０２２の位置ずれに対応するために、露光倍率を変更することにより回路領域１０３１及び貫通電極１０３２の位置が外側に移動しているのに加えて、研磨装置５００による研磨によって、貫通電極１０３２が外側に歪んでいる。そして貫通電極１０３２の歪みに対応するために、ウェハ１００４の回路領域１０４１及び貫通電極１０４２は、ウェハ１００３に対する露光倍率よりも高い露光倍率で露光され、回路領域１０４１及び貫通電極１０４２が形成されている。

上述したように、積層枚数が増えるにつれて、回路領域及び貫通電極は外側にずれる。そこで本実施形態では、複数のウェハに対して、積層した場合を含めてずれ量を計測しておき、積層枚数に対する適切な露光倍率をあらかじめ算出して、算出データを制御部１２１が備える記憶部に記憶しておく。

なお、半導体製造装置１００の稼動に伴って、アライメント装置２００の顕微鏡２４２、２４４で観察した研磨後のウェハＷの画像情報を蓄積して、学習したデータに従って変更倍率を決定してもよい。学習により、ずれの補正精度を向上できる。

上記実施形態では、露光倍率の変更によって貫通電極６０２の位置ずれを補正する例を挙げて説明したが、ウェハＷに、再配線層ＲＤＬ（Ｒｅ−ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＬａｙｅｒ）を形成する場合には、ＲＤＬによって位置ずれを補正するように構成してもよい。図１１は、ＲＤＬ１１５０が形成されたウェハ１１０２と、接合対象のウェハ１１０１を概略的に示す部分断面図である。

図１１は、ウェハ１１０１、１１０２に複数形成された回路領域のうちの、ウェハ１１０１、１１０２の周縁部に位置する回路領域付近の断面を示している。ウェハ１１０１は、貫通電極１１１１が露出するまで研磨されており、貫通電極１１１１が歪んでいる。なお、ウェハの端部に配置された貫通電極１１１１が中央部の貫通電極１１１１に比べて大きく歪むことが多いが、ここでは簡単のため全体が同様に傾斜している形状としている。

ＲＤＬ１１５０はパターン形成システム１１０によってウェハ１１０２上に形成される。パターン形成システム１１０は、ＲＤＬ１１５０を形成する場合に、接合対象のウェハ１１０１の情報を取得して、貫通電極１１１１と貫通電極１１２１を接続する配線１１５４、１１５５、１１５６を形成する。

パターン形成システム１１０によるＲＤＬ１１５０の形成手順の概略を以下に示す。まずパターン形成システム１１０は、ウェハ１１０２の接合対象面に絶縁層を形成する。絶縁層としては、ＣＶＤ法で形成されるシリコン酸化膜などが好適に使用される。そして、貫通電極１１２１の位置に対応する開口部を備えるレジストを絶縁層上に形成して、開口部を通して異方性ドライエッチングで絶縁層を加工することにより、貫通電極１１２１に到達するビアホールを設ける。

続いてビアホール内に、貫通電極１１２１に接続される配線１１５４を形成する。配線１１５４は、スパッタ法によって銅膜を形成した後に、露光及びエッチングによって銅層をパターニングすることにより形成される。以上の手順により、配線１１５４を備える第１配線層１１５１が形成される。

次に同様の手順で、第１配線層１１５１上に第２配線層１１５２を形成する。パターン形成システム１１０は、配線１１５４と、貫通電極１１１１に対応する位置とを接続する配線１１５５を形成する。そして、第２配線層１１５２上に、配線１１５５と、貫通電極１１１１を接続する配線１１５６を備える第３配線層１１５３を形成する。以上の手順で第１配線層１１５１、第２配線層１１５２および第３配線層１１５３を備えるＲＤＬ１１５０が形成される。

上述した形成手順でウェハ１１０２上にＲＤＬ１１５０を形成した後に、ＲＤＬ１１５０を介してウェハ１１０２とウェハ１１０１同士を接合することにより、貫通電極１１１１と貫通電極１１２１を連通できる。即ち、ＲＤＬ１１５０がウェハ１１０１とウェハ１１０２を電気的に接続する配線領域の役割を果たす。一方、パターン形成システム１１０は、ウェハ１１０２が、他のウェハの回路領域側の面と向かい合って接合される場合には、貫通電極１１２１と接合対象のウェハの貫通電極とで位置ずれがないので、ＲＤＬ１１５０を形成しなくても良く、または、第１配線層１１５１のみを形成しても良い。

上述したようにパターン形成システム１１０は、接合対象のウェハの回路領域側と向かい合って接合されるか、薄化により貫通電極が露出した面側と向かいあって接合されるかによって、露光制御を変更する。なお、ウェハ１１０２上にＲＤＬを形成する場合を例に挙げて説明したが、ウェハ１１０１の、薄化により貫通電極１１１１が露出された側の面にＲＤＬを形成してもよい。

また、ＲＤＬによって位置ずれを補正する例を説明したが、２つのウェハＷを、インターポーザを介して積層する場合は、インターポーザの配線を調整することによって位置ずれを補正するように構成してもよい。図１２は、接合対象のウェハ１２０１、１２０２及びインターポーザ１２５０を概略的に示す部分断面図である。

図１２は、ウェハ１２０１、１２０２に複数形成された回路領域のうちの、ウェハ１２０１、１２０２の周縁部に位置する回路領域付近の断面を示している。ウェハ１２０１は、貫通電極１２１１が露出するまで研磨されており、貫通電極１２１１が歪んでいる。

インターポーザ１２５０はパターン形成システム１１０によって形成される。パターン形成システム１１０は、貫通電極１２１１と貫通電極１２２１とを接続する配線１２５４、１２５５、１２５６を含むインターポーザ１２５０を形成する。

パターン形成システム１１０によるインターポーザ１２５０の形成手順の概略を以下に示す。パターン形成システム１１０は、まず、回路領域を備えていないウェハ１２５７を準備する。ウェハ１２５７のウェハ１２０１側の面を表面１２５８、ウェハ１２０２側の面を裏面１２５９と呼ぶ。パターン形成システム１１０は、貫通電極１２２１と対応する位置に開口部を設けたレジストを表面１２５８側に形成して、開口部を通して異方性ドライエッチングでウェハを厚み方向に貫通加工することによりビアホールを設ける。

次に、ビアホールの内面及びウェハ１２５７の両面側にＣＶＤ法等によってシリコン酸化膜を形成して絶縁層を得る。そして、ビアホール内に銅からなる配線１２５４を形成する。配線１２５４は、スパッタ法によって銅膜を形成した後に、露光及びエッチングによって銅層をパターニングすることにより形成される。以上の手順によって第１配線層１２５１が形成される。

続いて、第１配線層１２５１上にＣＶＤ法で絶縁層を形成する。次に、配線１２５４と、貫通電極１２１１に対応する位置とを接続する配線１２５５の位置に対応する開口部を備えたレジストを絶縁層上に形成する。そして、開口部を通して異方性ドライエッチングで絶縁層を加工することにより、配線１２５４に到達するビアホールを設ける。

次に、ビアホール内に配線１２５５を形成する。配線１２５５は、スパッタ法によって金属膜を形成した後に、露光及びエッチングによって銅層をパターニングすることにより形成される。以上の手順によって第２配線層１２５２が形成される。その後、配線１２５５と貫通電極１２１１を接続するための配線１２５６を備える第３配線層１２５３を形成する。

そして、ウェハ１２５７の裏面１２５９を研磨して配線１２５４を露出させることにより、インターポーザ１２５０が、ウェハ１２０２とウェハ１２０１を接続できる状態となる。即ち、インターポーザ１２５０がウェハ１２０１とウェハ１２０２を電気的に接続する配線領域の役割を果たす。こうして形成されたインターポーザ１２５０を介して、ウェハ１２０１とウェハ１２０２同士を接合することにより、貫通電極１２１１と貫通電極１２２１を連通でき、貫通電極１２１１の位置ずれを補正できる。

上述したようにパターン形成システム１１０は、インターポーザ１２５０を形成する場合に、一方のウェハの回路領域と、他方のウェハの薄化により貫通電極が露出した面とを接合する場合には、貫通電極１２２１と貫通電極１２１１とを接続する配線１２５４、１２５５、１２５６を形成するように露光制御する。

一方パターン形成システム１１０は、一方のウェハの回路領域側の面と、他方のウェハの回路領域側の面とが向かい合って接合される場合には、貫通電極同士を垂直に接続する配線を備えるインターポーザ１２５０を形成する。即ち、パターン形成システム１１０は、接合対象のウェハの回路領域側と向かい合って接合されるか、薄化により貫通電極が露出した面側と向かいあって接合されるかによって、露光制御を変更する。

（他の実施形態）
上記実施形態では、一括投影露光装置を用いる例を挙げて説明したが、ここでは分割投影方式の露光装置１３０を用いた例を挙げて説明する。分割投影方式の露光装置１３０では、レチクルに１チップ分または数チップ分の回路パターンが形成されているので、１回の露光で１チップ分または数チップ分の露光が完了する。そして、続けて隣の領域に移動して露光する処理を繰り返すことによりウェハＷの全面に露光を実行する。

分割投影方式の露光装置１３０では、露光倍率を調整するだけでは、研磨により発生する貫通電極の放射状の位置ずれに対応することが難しい。そこで、分割投影方式の露光装置１３０では、一括投影方式の露光装置１２０とは異なる処理を実行する。

図１３は、露光装置１３０を用いた場合の、半導体デバイスを製造する制御手順を示すフローチャートである。なお、図８に示すフローチャートと同様の処理を実行しているステップについては、説明を簡略化して記載する。

ステップＳ１３０１では、露光装置１３０が、設置されたウェハＷの回路領域６０１が、他のウェハの回路領域と向かい合って接合される予定のウェハであるか、他のウェハの薄化により露出された貫通電極６０２と向かい合って接合される予定のウェハであるかを、判断する。他のウェハの回路領域と向かい合って接合される予定のウェハであると判断された場合はステップＳ１３０２に進む。

ステップＳ１３０２では、露光装置１３０が、ウェハ及びレチクルの少なくとも一方を移動することにより、露光位置を調整する。まずは予め設定された初期位置に露光位置が調整される。ステップＳ１３０３では、露光装置１３０が、回路領域６０１及び貫通電極６０２に対応するパターンを、基準となる露光倍率でウェハＷに縮小投影することにより露光する。

ステップＳ１３０４では、ウェハＷの全領域の露光が終了したかを判断する。終了していない場合は、ステップＳ１３０２に戻り、露光装置１３０が次の領域に対して露光位置を調整する。ステップＳ１３０４でウェハＷの全領域の露光が終了したと判断した場合はＳ１３１０に進む。

ステップＳ１３０１で、他のウェハの薄化により露出された貫通電極６０２と向かい合って接合される予定のウェハＷであると判断された場合は、ステップＳ１３０５に進む。ステップＳ１３０５では、露光装置１３０が、設置された露光対象のウェハＷを接合する対象のウェハＷの情報を取得する。

ステップＳ１３０６では、露光装置１３０が、ウェハ及びレチクルの少なくとも一方を移動することにより、露光位置を調整する。まずは予め設定された初期位置に露光位置が調整される。ステップＳ１３０７では、露光対象領域のウェハＷ上における位置に応じて露光中心をシフトするとともに、露光倍率を変更する。研磨装置５００の研磨によって貫通電極６０２の位置がずれる場合、ウェハＷの中心に近い方が歪みが小さく、ウェハＷの端部に近い方が歪が大きくなる。

そこで本実施形態では露光装置１３０が、露光対象領域がウェハＷの中心に近い場合よりも遠い場合の方が、露光中心のシフト量及び露光倍率の変更量を大きくするように制御する。具体的には、露光装置１３０の制御部が備える記憶部に、露光対象領域のウェハＷ上における位置と、露光中心のシフト量及び露光倍率の変更量との対応関係を示すデータを記憶しておき、記憶データを参照することにより、露光中心の位置及び露光倍率を変更する。記憶部に記憶する対応関係を示すデータは、あらかじめ複数のウェハに対して、積層していない場合と積層している場合、また積層している場合は積層枚数による貫通電極の位置ずれ量の違いを測定することにより、生成しておく。

なお本実施形態では、ステップＳ１３０６で露光位置の調整をした後に、ステップＳ１３０７で露光中心をシフトするように制御する例を挙げて説明しているが、ステップＳ１３０６で露光位置の調整をするときに、露光中心のシフト量を加味して位置調整をするように制御してもよい。

ステップＳ１３０８では、露光装置１３０が、回路領域６０１及び貫通電極６０２に対応するパターンをレジストが塗布されたウェハＷに縮小投影することにより露光する。ステップＳ１３０９では、ウェハＷの全領域の露光が終了したかを判断する。終了していない場合は、ステップＳ１３０６に戻り、次の領域に対して露光位置を調整する。終了した場合はＳ１３１０に進む。

ステップＳ１３１０では、制御部１０１が、露光対象のウェハが残存しているかを判断する。露光対象のウェハが残存していると判断された場合は、ステップＳ１３０１に戻る。露光対象のウェハが残存していないと判断された場合はステップＳ１３１１に進む。

ステップＳ１３１１では、研磨装置５００が、ウェハＷの複数の回路領域が形成された面とは反対の面を、貫通電極６０２が露出するまで除去してウェハを薄化する。ステップＳ１３１２では、アライメント装置２００が、ウェハＷ同士を仮接合する。そしてステップＳ１３１３では、接合装置４００がウェハ同士を接合する。

なお、ここでは露光するウェハＷ上の位置に応じて露光中心をシフトするとともに、露光倍率を変更するように構成していたが、特に研磨によるずれが小さい場合は、露光中心のシフトだけを実行することによりも貫通電極６０２の位置を整合させることができる。露光倍率の変更をしないことによりスループットを向上できる。

図１４は、露光中心のシフト及び露光倍率の変更をしないで露光した場合に形成される回路領域１４０１及び貫通電極１４０２と、露光中心のシフト及び露光倍率の変更をして露光した場合の回路領域１４０３及び貫通電極１４０４を概略的に示す図である。露光領域１４０５の中に回路領域１４０１及び貫通電極１４０２が形成されている。図では、前者の回路領域１４０１と貫通電極１４０２を実線で表して、後者の回路領域１４０３及び貫通電極１４０４を破線で表している。

図に示す通り、本実施形態では露光装置１３０が、ウェハＷの中心に近い領域ほど露光中心のシフト量及び露光倍率の変更量を小さく、ウェハＷの中心から離れた領域ほど露光中心のシフト量及び露光倍率の変更量を大きくする。露光対象領域のウェハＷ上における位置に応じて露光中心をシフトするとともに露光倍率を変更することにより、研磨によってウェハＷの中心から放射状に広がった貫通電極の位置の少なくとも近傍に、貫通電極を形成できる。

上述したように、分割投影方式の露光装置１３０において、露光対象領域のウェハＷ上における位置に応じて露光中心位置の調整または、露光中心位置及び露光倍率の調整を実行することにより、貫通電極の位置がウェハＷの中心から外側に放射状にずれたウェハＷに対して、貫通電極の位置を整合させることができる。

上記実施形態では、配線領域を形成する形成制御の変更について、配線領域を形成する露光制御を変更する例を挙げて説明したが、露光制御の変更の代わりに、温調制御を変更しても良い。即ち、一の基板の配線領域を他の基板の薄化により露出された貫通電極と向かい合わせて接合する場合に、制御部１０１が、基板前処理ステップにおいて、一の基板の配線領域を熱膨張させることによって、貫通電極の位置を整合させるように制御してもよい。

また、露光制御の変更の代わりに、配線領域に対して機械的に変形を加えるように構成しても良い。即ち、一の基板の配線領域を他の基板の薄化により露出された貫通電極と向かい合わせて接合する場合に、制御部１０１が、基板前処理ステップにおいて、一の基板の配線領域を機械的に引き伸ばすことによって、貫通電極の位置を整合させてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００半導体製造装置、１０１制御部、１１０パターン形成システム、１２０露光装置、１２１制御部、１２２ウェハステージ、１２３レーザ光源、１２４照明光学系、１２５レチクル、１２６投影光学系、１３０露光装置、１５０重ね合わせ装置、１６０搬送装置、２００アライメント装置、２２１固定ステージ、２２２移動ステージ、２４２、２４４顕微鏡、２６２シリンダ、２６４ピストン、３００ウェハ収納部、４００接合装置、４４６押圧部、４４８加圧ステージ、４５０受圧ステージ、４６８基板保持部、４７０ヒータ、４７６ヒータ、５００研磨装置、５１０ＣＭＰ装置、５１１回転定盤、５１２研磨ヘッド、５１３研磨パッド、５１４エアシリンダ、６０１回路領域、６０２貫通電極、６０３Ｓｉ基板、６０４絶縁層、６０５、６０６Ａｌ配線、６０８回路領域、６０９貫通電極、１００１、１００２、１００３、１００４ウェハ、１０１１回路領域、１０２１回路領域、１０２２貫通電極、１０３１回路領域、１０３２貫通電極、１０４１回路領域、１０４２貫通電極、１１０１、１１０２ウェハ、１１１１貫通電極、１１２１貫通電極、１１５０ＲＤＬ、１１５１第１配線層、１１５２第２配線層、１１５３第３配線層、１１５４、１１５５、１１５６配線、１２０１、１２０２ウェハ、１２１１貫通電極、１２２１貫通電極、１２５０インターポーザ、１２５１第１配線層、１２５２第２配線層、１２５３第３配線層、１２５４、１２５５、１２５６配線、１２５７ウェハ、１２５８表面、１２５９裏面、１４０１回路領域、１４０２貫通電極、１４０３回路領域、１４０４貫通電極、１４０５露光領域

Claims

それぞれの一方の面に配線領域が形成された第１の基板と第２の基板とを積層して半導体デバイスを製造する方法であって、
前記第１の基板および前記第２の基板に前記配線領域を形成する前処理ステップと、
前記第２の基板の前記一方の面とは反対の面を、前記第２の基板の前記配線領域の貫通電極が露出するまで研磨によって除去することにより前記第２の基板を薄化する薄化ステップと、
前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに接合する接合ステップと、
を有し、
前記前処理ステップは、前記接合ステップにおいて前記第１の基板の前記配線領域が、前記第２の基板の前記配線領域と向かい合って接合されるか、前記第２の基板の前記薄化ステップで露出された前記貫通電極と向かい合って接合されるかにより、前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方の前記配線領域を形成する形成制御を変更する半導体デバイスを製造する方法。
前記第１の基板は第１のウェハであり、前記第２の基板は第２のウェハであり、
前記前処理ステップは、前記第１のウェハおよび前記第２のウェハの少なくとも一方の前記配線領域を形成する露光制御を変更する請求項１に記載の半導体デバイスを製造する方法。
前記配線領域は前記第１のウェハに形成された複数の回路領域であり、
前記前処理ステップは、前記配線領域を形成する前記露光制御の変更として、前記第１のウェハの前記複数の回路領域のパターンを露光する露光倍率および露光位置の少なくとも一方を変更する請求項２に記載の半導体デバイスを製造する方法。
前記露光倍率および前記露光位置は、前記薄化ステップにより前記第２のウェハの前記貫通電極が薄化前の位置に対してずれるずれ量およびずれ方向の少なくとも一方に基づいて決定される請求項３に記載の半導体デバイスを製造する方法。
前記配線領域は前記第１のウェハに形成された複数の回路領域であり、
前記前処理ステップは、前記第１のウェハの前記複数の回路領域のパターンを複数回に分けて露光する場合に、露光中心をシフトする請求項２から４のいずれか一項に記載の半導体デバイスを製造する方法。
前記シフトのシフト量は、前記薄化ステップにより前記第２のウェハの前記貫通電極が薄化前の位置に対してずれるずれ量およびずれ方向の少なくとも一方に基づいて決定される請求項５に記載の半導体デバイスを製造する方法。
前記第１の基板は、電極位置を変更する再配線層が形成されたウェハであり、前記配線領域は、前記第１の基板の前記再配線層の配線領域であり、
前記前処理ステップは、前記第１の基板上に前記再配線層を形成するパターンを露光する露光倍率および露光位置の少なくとも一方を変更する請求項１に記載の半導体デバイスを製造する方法。
前記第１の基板は、前記第２の基板に積層される第３の基板と前記第２の基板との間に介在されるインターポーザであり、前記配線領域は、前記インターポーザに形成され、前記薄化ステップで露出された前記第２の基板の前記貫通電極に向かい合う配線領域であり、
前記前処理ステップは、前記インターポーザの前記配線領域のパターンを露光する露光倍率および露光位置の少なくとも一方を変更する請求項１に記載の半導体デバイスを製造する方法。
半導体デバイスを製造する方法であって、
互いに積層される第１の基板および第２の基板のそれぞれの一方の面に回路のパターンを露光する露光ステップを有し、
前記露光ステップは、前記パターンの露光によって形成される前記第１の基板の配線領域が、前記パターンの露光によって形成される前記第２の基板の前記配線領域と向かい合って接合されるか、前記第２の基板の前記一方の面とは反対の面が研磨により除去されて露出された貫通電極と向かい合って接合されるかにより、前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方の露光位置および露光倍率の少なくとも一方を変更することを特徴とする半導体デバイスを製造する方法。
それぞれの一方の面に配線領域が形成された第１の基板と第２の基板とを互いに積層して半導体デバイスを製造する方法であって、
前記第１の基板と前記第２の基板とを互いに接合する接合ステップを有し、
前記接合ステップにおいて前記第１の基板の前記配線領域が、前記第２の基板の前記配線領域と向かい合って接合されるか、前記第２の基板の前記一方の面とは反対の面が研磨により除去されて露出された貫通電極と向かい合って接合されるかにより、前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方の前記配線領域を形成する形成制御を変更する半導体デバイスを製造する方法。