JP6057592B2

JP6057592B2 - ウエーハの加工方法

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Publication number: JP6057592B2
Application number: JP2012174303A
Authority: JP
Inventors: 溝本　康隆; 康隆溝本
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2032-08-06
Also published as: JP2014033159A

Description

本発明は、貫通電極（Ｖｉａ電極）が形成されたウエーハの加工方法に関し、特に小チップ化に対応したウエーハの加工方法に関する。

近年、３次元実装技術として、複数の半導体チップを積層し、半導体チップ同士を接続する積層技術や、複数の半導体ウエーハを積層し、半導体ウエーハ同士を接続する積層技術の開発が進められている。この３次元実装技術として、半導体チップや半導体ウエーハを貫くＶｉａ電極を形成し、Ｖｉａ電極で半導体チップ同士や半導体ウエーハ同士を接続するＴＳＶ（Through Silicon Via）プロセスが知られている（例えば、特許文献１参照）。ＴＳＶプロセスでは、ワイヤボンディングと比較して、Ｖｉａ電極によって半導体チップ間や半導体ウエーハ間の接続長を短くでき、装置の小型化が可能になっている。

特開２００５−１３６１８７号公報

ところで、特許文献１に記載のＴＳＶプロセスでは、半導体ウエーハ表面のＶｉａ電極の露出部分にバンプを形成し、バンプ付きの半導体ウエーハを分割して個々の半導体チップに分割している。この場合、バンプによる凹凸や半導体ウエーハの反り等の影響により、半導体ウエーハを良好に分割することが難しいという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＴＳＶプロセスにおいて表面にバンプが配設されたウエーハを良好に分割することができるウエーハの加工方法を提供することを目的とする。

本発明のウエーハの加工方法は、半導体基板の表面に複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され、デバイスの電極から半導体基板の裏面に向かって埋設されたＶｉａ電極を有するデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域に面取り部を備えた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、外周余剰領域に切削ブレードを位置づけて所定の深さ切削し面取り部を除去する面取り部除去工程と、該面取り部除去工程後に、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後に、ウエーハの裏面からＶｉａ電極の深さを検出するＶｉａ電極検出工程と、該Ｖｉａ電極検出工程後に、Ｖｉａ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、該裏面研削工程後に、ウエーハの裏面から半導体基板をエッチングしてＶｉａ電極を突出させるエッチング工程と、該エッチング工程後に、ウエーハの裏面を絶縁膜で被覆する絶縁膜被覆工程と、該絶縁膜被覆工程後に、裏面から突出したＶｉａ電極を切削して絶縁膜から露出させると共にＶｉａ電極の頭を絶縁膜と同一面に仕上げる仕上げ工程と、該仕上げ工程後に、Ｖｉａ電極の頭にバンプを配設するバンプ配設工程と、該バンプ配設工程後に、チャックテーブルでキャリアプレートを直に保持してウエーハの裏面から分割予定ラインに対応する領域に切削ブレードを位置づけて切削しキャリアプレートに配設された状態でウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハ分割工程と、該ウエーハ分割工程後に、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着すると共にウエーハの表面からキャリアプレートを取り外しウエーハをダイシングテープに移し替える移し替え工程と、から、構成される。

この構成によれば、ウエーハがキャリアプレートに支持されるため、ＴＳＶプロセスにおいてウエーハの反りによる不具合を防止できる。さらに、バンプの配設後に切削ブレードで切削されるので、Ｖｉａ電極とバンプとの接続がデブリによって妨げられることはない。

本発明によれば、ウエーハがキャリアプレートに支持されるため、ウエーハの反りによる影響を受けることなく、ウエーハＷを個々のデバイスに良好に分割できる。

本実施の形態に係るウエーハの全体図である。本実施の形態に係る面取り部除去工程の一例を示す図である。本実施の形態に係るキャリアプレート配設工程の一例を示す図である。本実施の形態に係るＶｉａ電極検出工程の一例を示す図である。本実施の形態に係る裏面研削工程の一例を示す図である。本実施の形態に係るエッチング工程の一例を示す図である。本実施の形態に係る絶縁膜被覆工程の一例を示す図である。本実施の形態に係る仕上げ工程の一例を示す図である。本実施の形態に係るバンプ配設工程の一例を示す図である。本実施の形態に係るウエーハ分割工程の一例を示す図である。本実施の形態に係る移し替え工程の一例を示す図である。

添付図面を参照して、本実施の形態に係るウエーハの加工方法について説明する。図１を参照して、加工対象となるＶｉａ電極が形成されたウエーハについて説明する。図１は、ウエーハの全体図である。なお、図１Ａは、ウエーハの斜視図を示し、図１Ｂは、ウエーハの中心線に沿う断面図を示す。

図１に示すように、ウエーハＷは、半導体基板１１上に多数のデバイス１２を配設して構成される。半導体基板１１は、略円板状に形成されており、表面１３に配列された格子状の分割予定ライン（不図示）によって複数の領域に区画されている。ウエーハＷの中央には、分割予定ラインに区画された各領域にデバイス１２が形成されている。ウエーハＷの表面１３は、複数のデバイス１２が形成されたデバイス領域１５と、デバイス領域１５を囲む外周余剰領域１６とに分けられている。ウエーハＷの外周余剰領域１６には面取り部１７が形成されている。また、ウエーハＷの外縁には、結晶方位を示すノッチ１８が形成されている。

ウエーハＷのデバイス領域１５には、各デバイス１２に対応してウエーハＷ内にＶｉａ電極１９が埋設されている。各Ｖｉａ電極１９は、各デバイス１２の電極から半導体基板１１の裏面１４に向かって伸びている。Ｖｉａ電極１９は、ウエーハＷの最終的な仕上げ厚みよりも僅かに長く形成されている。Ｖｉａ電極１９は、研削加工やＣＭＰ加工等で仕上げ厚みまでウエーハＷが薄化されることで、ウエーハＷの裏面１４から露出される。Ｖｉａ電極の露出部分には、略球状のバンプ２１（図１０参照）が形成される。なお、ウエーハとしては、シリコンウエーハに限定されず、ガリウム砒素やシリコンカーバイド等の半導体ウエーハでもよい。

このウエーハＷは、面取り部除去工程、キャリアプレート配設工程、Ｖｉａ電極検出工程、裏面研削工程、エッチング工程、絶縁膜被覆工程、仕上げ工程、バンプ配設工程、ウエーハ分割工程、移し替え工程を経て加工される。面取り部除去工程では、ウエーハＷ外周に形成された面取り部１７が切削によって除去される（図２参照）。これにより、ウエーハＷの薄化後にナイフエッジになりうる面取り部１７が、研削加工に先だってウエーハＷ外周から除去される。キャリアプレート配設工程では、ウエーハＷの表面１３に樹脂を介してキャリアプレート２２が配設される（図３参照）。

Ｖｉａ電極検出工程では、ウエーハＷの裏面からＶｉａ電極１９までの深さが検出される（図４参照）。裏面研削工程では、Ｖｉａ電極検出工程の検出結果に基づいて、ウエーハＷの裏面１４からＶｉａ電極１９が露出しない程度にウエーハＷの裏面１４が研削される（図５参照）。エッチング工程では、半導体基板１１が僅かにエッチングされて、ウエーハＷの裏面１４からＶｉａ電極１９が突出される（図６参照）。絶縁膜被覆工程では、ウエーハＷの裏面１４からＶｉａ電極１９が突出した状態で、ウエーハＷの裏面が絶縁膜２７で被覆される（図７参照）。

仕上げ工程では、絶縁膜２７に被覆されたウエーハＷの裏面１４がＣＭＰにより研磨され、ウエーハＷの裏面１４からＶｉａ電極１９が露出される（図８参照）。バンプ配設工程では、ウエーハＷの裏面１４から露出したＶｉａ電極１９にバンプ２１が配設される（図９参照）。ウエーハ分割工程では、ウエーハＷが分割予定ラインに沿って切削され、個々のチップＣに分割される（図１０参照）。移し替え工程では、キャリアプレート２２からダイシングテープ６４にウエーハＷが移し替えられる（図１１参照）。このような一連の加工により、ウエーハＷの反りの影響を受けることなく、ウエーハＷを個々のデバイスに良好に分割することが可能となっている。

以下、図２から図１１を参照して、本実施の形態に係るウエーハの加工方法について詳細に説明する。図２は面取り部除去工程、図３はキャリアプレート配設工程、図４はＶｉａ電極検出工程、図５は裏面研削工程、図６はエッチング工程、図７は絶縁膜被覆工程、図８は仕上げ工程、図９はバンプ配設工程、図１０はウエーハ分割工程、図１１は移し替え工程のそれぞれ一例を示す図である。

図２に示すように、面取り部除去工程では、切削装置（不図示）のチャックテーブル３１上にウエーハＷが保持される。ウエーハＷは、デバイス１２側の表面１３を上に向けて、ウエーハＷの中心がチャックテーブル３１の回転軸（Ｚ軸）に一致するように保持されている。切削ブレード３２は、ウエーハＷ外周の面取り部１７を除去するように、ウエーハＷの外周余剰領域１６（図１Ａ参照）に位置付けられている。このとき、切削ブレード３２の回転軸（Ｙ軸）がウエーハＷの中心線と一致するように位置合わせされている。そして、噴射ノズル（不図示）から切削水が噴射されると共に切削ブレード３２が高速回転され、切削ブレード３２によってウエーハＷの面取り部１７が切り込まれる。

続いて、チャックテーブル３１が回転することで、ウエーハＷ上側の面取り部１７が切削されて、ウエーハＷ外周に沿った段状溝２８が形成される。この場合、切削ブレード３２によって、後工程である裏面研削工程での仕上げ厚さよりも深く切り込まれている。このため、ウエーハＷ外周には、裏面研削工程後のウエーハＷ外周がナイフエッジ状に残ることがない。また、切削ブレード３２の回転方向は、ウエーハＷに対してダウンカットになる向きに設定され、切削屑を含む切削水がウエーハＷ上に飛散することを抑制している。

図３に示すように、面取り部除去工程の後にはキャリアプレート配設工程が実施される。キャリアプレート配設工程では、例えば、接着剤としての液状樹脂によってウエーハＷの表面１３にキャリアプレート２２が配設される。キャリアプレート２２は、ガラス、金属、セラミックス、剛性樹脂等の剛性の高い材料で円板状に形成されている。このキャリアプレート２２により、１００μｍ以下に薄化されたウエーハＷでも安定的に支持される。また、キャリアプレート２２によってウエーハＷの反りが抑えられるため、後工程におけるウエーハＷの反りによる不具合を防止できる。

なお、キャリアプレート２２は、例えば、ガラス及びセラミックスの場合には０．５ｍｍから１．５ｍｍ、金属（例えば、ステンレス）の場合には０．３ｍｍから１．０ｍｍで形成される。接着剤は、特に限定されるものではなく、キャリアプレート２２の材質に応じて、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、ワックス等を用いてもよい。また、キャリアプレート配設工程は、専用の装置によって実施されてもよいし、オペレータによる手作業によって実施されてもよい。また、キャリアプレート２２は、ウエーハＷ全体を安定的に支持可能であればよく、円板状に限らず矩形状に形成されてもよい。

図４に示すように、キャリアプレート配設工程の後にはＶｉａ電極検出工程が実施される。Ｖｉａ電極検出工程では、研削装置（不図示）のチャックテーブル３５上にキャリアプレート２２を介してウエーハＷが保持される。ウエーハＷの上方には、被接触式の検出器３６が位置付けられている。検出器３６から半導体基板１１（シリコン）に対して透過性を有する波長の光が照射されることで、ウエーハＷの裏面１４からＶｉａ電極１９の先端２９までの深さが検出される。そして、ウエーハＷに対して検出器３６が相対移動されることで、各デバイス１２のＶｉａ電極１９の深さが検出される。

本実施の形態の検出器３６としては、液侵式のノンコンタクトゲージが用いられるが、Ｖｉａ電極１９の深さを検出可能であればどのような構成でもよい。検出器３６として、液侵式のノンコンタクトゲージを用いることで、研削装置における研削水の影響を受けることがない。また、検出器３６は、本実施の形態のように研削装置に設けられてもよいし、Ｖｉａ電極検出工程の専用装置に設けられてもよい。本実施の形態では、研削装置の検出器３６を使用することで、Ｖｉａ電極検出工程と裏面研削工程を連続的に実施できる。

図５に示すように、Ｖｉａ電極検出工程の後には裏面研削工程が実施される。裏面研削工程では、チャックテーブル３５に保持されたウエーハＷの上方に研削ユニット３７が位置付けられる。そして、研削ユニット３７の研削ホイール３８がＺ軸回りに回転しながらチャックテーブル３５に近付けられ、研削ホイール３８とウエーハＷの裏面１４とが平行状態で回転接触することでウエーハＷが研削される。研削加工中は、ハイトゲージ（不図示）によってウエーハＷの厚さがリアルタイムに測定される。ここでは、Ｖｉａ電極検出工程での検出結果に基づいてウエーハＷの目標の仕上げ厚さが設定される。そして、ハイトゲージの測定結果が仕上げ厚さに近付くように研削ユニット３７の送り量が制御され、Ｖｉａ電極１９の先端２９が裏面１４から露出しない程度にウエーハＷが研削される。

研削ホイール３８によってウエーハＷがＶｉａ電極１９の先端２９付近まで研削されると、研削ユニット３７による研削加工が停止される。このとき、ウエーハＷ外周の面取り部１７（図２参照）が面取り部除去工程において事前に除去されているため、ウエーハＷ外周に面取り部１７が残ってナイフエッジ状に形成されることがない。よって、薄化されたウエーハＷ外周に欠けが生じ難くなっている。また、ウエーハＷがキャリアプレート２２に支持されているため、裏面研削工程においてウエーハＷが薄化されて剛性が低下しても、ウエーハＷの搬送時の取り扱いが容易となる。

図６に示すように、裏面研削工程の後にはエッチング工程が実施される。エッチング工程では、エッチング装置（不図示）のチャックテーブル４１上にキャリアプレート２２を介してウエーハＷが保持される。そして、ウエーハＷの裏面１４に向けてエッチングガスが噴射され、エッチングガスをプラズマ化することでウエーハＷの裏面１４がエッチングされる。これにより、ウエーハＷの半導体基板１１（シリコン）のみが数μｍ除去され、ウエーハＷの裏面１４からＶｉａ電極１９の先端２９が僅かに突出する。エッチング工程により、裏面研削工程においてウエーハＷの裏面１４に生じる研削歪みが除去される。

なお、エッチング工程では、ウエーハＷの裏面１４からＶｉａ電極１９の先端２９を突出させるようにエッチングすればよく、プラズマエッチングに限られない。エッチング工程では、例えば、ウェットエッチングによってウエーハＷの裏面１４がエッチングされてもよい。本実施の形態においては、Ｖｉａ電極検出工程において、Ｖｉａ電極１９の深さを測った後に、裏面研削工程での研削量が調整されているので、エッチング量を最小に留めることができる。

図７に示すように、エッチング工程の後には絶縁膜被覆工程が実施される。絶縁膜被覆工程では、膜形成装置（不図示）のテーブル５１上にキャリアプレート２２を介してウエーハＷが保持される。テーブル５１上のウエーハＷは、酸素雰囲気中で加熱することで裏面１４とＶｉａ電極１９の先端２９が酸化され、絶縁膜２７が形成される。なお、このような熱酸化法で絶縁膜２７としての酸化膜（ＳｉＯ_２）を生成する方法に変えて、ＣＶＤ法で絶縁膜２７としての窒化膜（ＳｉＮ）を生成してもよい。また、液状樹脂の塗布及び熱処理によりウエーハＷの裏面１４にポリイミド膜等の絶縁膜２７を形成してもよい。

図８に示すように、絶縁膜被覆工程の後には仕上げ工程が実施される。仕上げ工程では、研磨装置（不図示）のチャックテーブル５５上にキャリアプレート２２を介してウエーハＷが保持される。ここでは、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によりウエーハＷの裏面１４が研磨される。ＣＭＰは、研磨パッドとウエーハＷとの間に研磨液を供給しつつ、研磨パッドとウエーハＷとを相対的に摺動させることで研磨する。ＣＭＰによってウエーハＷの裏面１４の絶縁膜２７が研磨されて、Ｖｉａ電極１９の先端（頭）２９が絶縁膜２７から露出される。また、Ｖｉａ電極１９の先端２９が絶縁膜２７と同一面に仕上げられる。

このようにして、ウエーハＷの表面１３から裏面１４にわたって、ウエーハＷがＶｉａ電極１９によって貫通される。なお、仕上げ工程は、ウエーハＷの裏面１４を仕上げ研磨可能であればよく、ＣＭＰによる研磨に限定されない。仕上げ工程は、例えば、仕上げ用の研磨砥石を用いてウエーハＷの裏面１４が研磨されてもよい。

図９に示すように、仕上げ工程の後にはバンプ配設工程が実施される。バンプ配設工程では、ウエーハＷの裏面１４から露出したＶｉａ電極１９にバンプ２１が配設される。バンプ２１は、金等のワイヤーの先端を加熱溶融してボールを形成した後、Ｖｉａ電極１９の露出部分に熱圧着することで形成される。バンプ２１は、金、銅によって略球状に形成される。なお、バンプ配設工程では、Ｖｉａ電極１９の先端２９にバンプ２１を配設可能であればよく、バンプ２１の配設方法は特に限定されない。バンプ配設工程では、電界メッキ法、スクリーン印刷法等によってバンプ２１が配設されてもよい。また、バンプ２１の形状は、特に略球状に限定されない。

図１０に示すように、バンプ配設工程の後にはウエーハ分割工程が実施される。ウエーハ分割工程では、切削装置（不図示）のチャックテーブル４５上にキャリアプレート２２を介してウエーハＷが保持される。また、切削ブレード４６がウエーハＷの分割予定ラインに位置付けられ、ウエーハＷの裏面１４側からウエーハＷに切り込まれる。切削ブレード４６の切り込み深さは、切削ブレード４６がキャリアプレート２２に数十μｍから数百μｍ切り込む程度に調整されている。そして、ウエーハＷに対して切削ブレード４６が相対移動されることで、ウエーハＷは全ての分割予定ラインに沿って個々のチップＣに分割される。

図１１に示すように、ウエーハ分割工程の後には移し替え工程が実施される。移し替え工程では、ウエーハＷの裏面１４側にリングフレーム６３に張られたダイシングテープ６４が貼着され、ウエーハＷの表面１３からキャリアプレート２２が取り外される。移し替え工程後は、後工程においてユーザの用途に応じて適宜処理が実施される。例えば、バンプ配設工程によってウエーハＷの表面１３側にもバンプ２１が配設されてもよい。

以上のように、本実施の形態に係るウエーハの加工方法によれば、ウエーハＷがキャリアプレート２２に支持されるため、ウエーハＷの反りによる不具合を防止できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、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することが可能である。

例えば、上記した実施の形態で行われる面取り部除去工程及びウエーハ分割工程は、別々の切削装置で実施されてもよいし、同一の切削装置で実施されてもよい。また、他の各工程も、別々又は同一の装置で実施できる。

以上説明したように、本発明は、ＴＳＶプロセスにおいて表面にバンプが配設されたウエーハを良好に分割できるという効果を有し、特に、小チップ化に対応したウエーハの加工方法に有用である。

１１半導体基板
１２デバイス
１３表面
１４裏面
１５デバイス領域
１６外周余剰領域
１７面取り部
１８ノッチ
１９Ｖｉａ電極
２１バンプ
２２キャリアプレート
２７絶縁膜
２８段状溝
２９先端（頭）
３２切削ブレード
３６検出器
３７研削ユニット
４６切削ブレード

Claims

半導体基板の表面に複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され、デバイスの電極から半導体基板の裏面に向かって埋設されたＶｉａ電極を有するデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域に面取り部を備えた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、
外周余剰領域に切削ブレードを位置づけて所定の深さ切削し面取り部を除去する面取り部除去工程と、
該面取り部除去工程後に、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後に、ウエーハの裏面からＶｉａ電極の深さを検出するＶｉａ電極検出工程と、
該Ｖｉａ電極検出工程後に、Ｖｉａ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、
該裏面研削工程後に、ウエーハの裏面から半導体基板をエッチングしてＶｉａ電極を突出させるエッチング工程と、
該エッチング工程後に、ウエーハの裏面を絶縁膜で被覆する絶縁膜被覆工程と、
該絶縁膜被覆工程後に、裏面から突出したＶｉａ電極を切削して絶縁膜から露出させると共にＶｉａ電極の頭を絶縁膜と同一面に仕上げる仕上げ工程と、
該仕上げ工程後に、Ｖｉａ電極の頭にバンプを配設するバンプ配設工程と、
該バンプ配設工程後に、チャックテーブルでキャリアプレートを直に保持してウエーハの裏面から分割予定ラインに対応する領域に切削ブレードを位置づけて切削しキャリアプレートに配設された状態でウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハ分割工程と、
該ウエーハ分割工程後に、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着すると共にウエーハの表面からキャリアプレートを取り外しウエーハをダイシングテープに移し替える移し替え工程と、
から、構成されるウエーハの加工方法。