JP6322518B2

JP6322518B2 - 半導体基板の切削方法

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Publication number: JP6322518B2
Application number: JP2014166493A
Authority: JP
Inventors: 和裕小池
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-08-19
Also published as: JP2016041459A

Description

本発明は、半導体基板に対してバイトによる切削を施す切削方法に関する。

近年、半導体デバイスの小型化の要求に応えるため、貫通電極（TSV：Through Silicon Via）と呼ばれる電極を用いて、積層された半導体デバイスチップ同士を接続する３次元実装技術が注目されている。この技術においては、例えば、シリコン基板からなる半導体基板の裏面側を研削した後、半導体基板を裏面側からＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によりエッチングすることにより、半導体基板を貫通するビアホールを形成する。そして、このビアホールに絶縁膜を形成し、金属などの導電性部材を該ビアホールに注入することにより貫通電極を形成する（例えば下記の特許文献１を参照）。

また、貫通電極の形成に先立って回路を形成するため、ビアホールに仮の埋め込み材を埋め込み、素子回路形成後にビアホールに導電性部材を埋め込むことで貫通電極を形成する方法も提案されている（例えば下記の特許文献２を参照）。

ここで、例えば、半導体基板の表面側に開口したビアホールから導電性部材を注入し貫通電極を形成するときに、半導体基板の表面側から貫通電極が突出して該表面において金属層として残存することがある。そのため、この金属層をバイトで切削することにより貫通電極の高さを揃えている。

特開２０１２−２５６６３９号公報特開２０１２−１９５５１４号公報

上記のように、ビアホールに貫通電極を形成する際には、半導体基板と導電性部材との熱膨張率の違いから半導体基板が反ることがあり、バイトによる切削加工時に、チャックテーブルにおいて反った半導体基板をうまく吸引保持することができず、切削加工ができないという問題がある。また、ビアホールに仮の埋め込み材を埋め込んでおき、素子回路形成後にビアホールに導電性部材を埋め込んで貫通電極を形成する場合においても、仮埋め込み材と導電性部材との熱膨張係数が異なるため、半導体基板に反りが発生することがある。

そこで、粘着テープを介してリング状のリングフレームで反りのある半導体基板を支持すれば半導体基板の反りを矯正して所望の加工を行えると考えられるが、その場合に使用する粘着テープには厚み精度の高さが要求される。また、チャックテーブルにおいて反りのある半導体基板を保持する際には、リングフレームをチャックテーブルより下側に位置づけるために、伸びやすいテープを使用する必要もあるが、このような要求を満たす粘着テープは高価となるため非経済的であるという問題もある。

本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、貫通電極の形成により反りが発生した半導体基板であっても、しっかりと保持して精度良く加工できるようにすることに発明の解決すべき課題を有している。

本発明は、表面に金属層を有する半導体基板の該金属層をバイトで切削する半導体基板の切削方法であって、中央に開口部を有するリングフレームに粘着テープを貼着して該開口部を塞ぐとともに該粘着テープに半導体基板の裏面を貼着してワークセットを形成するワークセット形成工程と、該ワークセットの該粘着テープをチャックテーブルの上面で吸引保持するとともに該リングフレームの上面を該半導体基板の表面より下に位置づけて該リングフレームを保持し、該金属層の全面に切削痕が形成されるまで該金属層を該バイトで切削して内部応力を緩和する第１の切削工程と、該第１の切削工程の後、該ワークセットから該粘着テープを剥離する剥離工程と、該剥離工程で該粘着テープが剥離された半導体基板の裏面を該チャックテーブルで吸引保持し、該金属層の表面の高さを測定し、該バイトで該金属層を所定の高さに切削する第２の切削工程と、を備える。

本発明にかかる切削方法では、第１の切削工程において、半導体基板の表面全面に切削痕が形成されるまでバイトで切削して内部応力を緩和するため、半導体基板の反りを矯正することができる。したがって、第２の切削工程では、反りが矯正された半導体基板をチャックテーブルで直接吸引保持できるため、バイトによって半導体基板を高精度に所望の厚みに加工することができる。また、厚み精度の高い粘着テープも使用する必要がない。

ワークセット形成工程を示す断面図である。チャックテーブルでワークセットを保持する状態を示す断面図である。第１の切削工程を示す断面図である。剥離工程を示す断面図である。半導体基板の表面の高さを測定する状態を示す断面図である。第２の切削工程を示す断面図である。

図１（ａ）に示す半導体基板１は、貫通電極（Through Silicon Via）が形成された被加工物の一例であって、例えばシリコン基板に、その表面１ａから裏面１ｂに貫通するビアホール２が形成されており、ビアホール２の内周面には図示しない絶縁層が形成されている。絶縁層は、例えば二酸化シリコン（SiO2），窒化シリコン（SiN），炭化シリコン（SiC）などの無機絶縁材料で構成されている。

ビアホール２には、導電性部材が注入されて固化した貫通電極４が形成されている。導電性部材としては、例えば銅（Cu）や銅合金などの金属を用いる。図１（ａ）に示すように、半導体基板１の表面１ａ上には、ビアホール２に充填した導電性部材の残余部分として金属層３が残存している。このように構成される半導体基板１は、貫通電極４と半導体基板１との熱膨張率の違いにより反りが発生している。以下では、半導体基板１の表面１ａ上の金属層３に対してバイトによる切削（以下では「バイト切削」とする）を施して金属層３を除去する切削方法について説明する。

（１）ワークセット形成工程
図１（ａ）に示すように、中央に開口部６を有する環状のリングフレーム５の下部に粘着テープ７を貼着して開口部６を塞ぐとともに、粘着テープ７の表面を上向きに露出させる。次いで、半導体基板１の裏面１ｂ側を粘着テープ７の表面に貼着する。このようにして図１（ｂ）に示すように、粘着テープ７を介してリングフレーム５と半導体基板１とが一体となったワークセット８を形成する。粘着テープ７は、伸縮性及び粘着性を有していればよい。

（２）第１の切削工程
ワークセット形成工程を実施した後、図２に示すように、チャックテーブル１０においてワークセット８を保持する。チャックテーブル１０は、枠体１１と、半導体基板１を保持する保持面１２ａを有する保持部１２と、リングフレーム５を保持するフレーム保持機構１３とにより構成されている。保持部１２は吸引源１７に連通している。チャックテーブル１０の下部には、チャックテーブル１０を水平方向（Ｙ軸方向）に移動させるテーブル送り手段１８が接続されている。フレーム保持機構１３は、リングフレーム５が載置されるフレーム載置部１４と、フレーム載置部１４の一端に取り付けられた軸部１５と、軸部１５を中心に回転しフレーム載置部１４に載置されたリングフレーム５を固定するクランプ部１６とを備えている。

まず、ワークセット８の粘着テープ７側を保持部１２の保持面１２ａに載置するとともに、粘着テープ７を介してリングフレーム５をフレーム載置部１４に載置する。その後、吸引源１７の吸引力が保持面１２ａで作用し、粘着テープ７を介して半導体基板１を吸引保持する。また、軸部１５を中心にしてクランプ部１６が回転し、クランプ部１６によってリングフレーム５の上面を押さえてリングフレーム５の上面を半導体基板１の表面１ａよりも下側に位置づけてリングフレーム５を固定する。このとき、リングフレーム５に貼着されている粘着テープ７が径方向外側に向けて放射状に伸びるため、該粘着テープ７に貼着されている半導体基板１の反りが若干低減される。

次に、チャックテーブル１０の上方に配設されたバイト切削手段２０によって半導体基板１の表面１ａの金属層３にバイト切削を行う。図２に示すように、バイト切削手段２０は、回転可能なアーム２１と、アーム２１に着脱可能に装着されたバイト２２と、アーム２１を回転させる回転手段２３と、アーム２１を昇降させる昇降手段２４とを備えている。昇降手段２４には、昇降手段２４を制御する制御手段２５が接続されている。この制御手段２５は、少なくともＣＰＵ及びメモリを備えており、昇降手段２４のＺ軸方向の送り量を調整してバイト２２を所望の高さ位置に移動させることができる。

金属層３にバイト切削を施す際には、制御手段２５の制御によって昇降手段２４がバイト２２を−Ｚ方向に下降させ、バイト２２の下端を、金属層３の表面よりも低い所定位置に位置づける。そして、回転手段２３が例えば矢印Ａ方向に回転し、アーム２１とともにバイト２２を所定の回転速度で回転させる。

次いで、テーブル送り手段１８によってチャックテーブル１０を例えば−Ｙ方向に移動させながら、保持部１２の保持面１２ａと平行な方向に円運動するバイト２２を金属層３の全面に接触させて切削痕が形成されるまでバイト切削を行う。その結果、金属層３の内部に残留している内部応力が緩和され、半導体基板１の反りが矯正される。

（３）剥離工程
第１の切削工程の後、図４に示すように、剥離テーブル３０においてワークセット８を保持し、ワークセット８から粘着テープ７を剥離する。剥離テーブル３０は、枠体３１と、半導体基板１を保持する保持面３２ａを有する保持部３２と、枠体３１の外周側に形成されリングフレーム５を下方から支持するフレーム支持部３３とにより構成されている。フレーム支持部３３は、リングフレーム５を吸着保持する吸着部３４を備えている。保持部３２の保持面３２ａ及び吸着部３４は、吸引源３５に連通している。また、枠体３１の下部には、剥離テーブル３０を水平方向（Ｙ軸方向）に移動させるテーブル送り手段３６が接続されている。

ワークセット８から粘着テープ７を剥離する際には、ワークセット８を反転させて粘着テープ７を上向きにして半導体基板１の表面１ａ側を保持部３２の保持面３２ａに載置するとともに、リングフレーム５をフレーム支持部３３の吸着部３４に載置する。そして、吸引源３５が作動し、保持部３２の保持面３２ａで半導体基板１を吸引保持するとともに、吸着部３４でリングフレーム５を吸引保持する。

剥離テーブル３０でワークセット８を保持したら、例えば粘着性を有する剥離テープ３８を粘着テープ７の一端に貼り付ける。続いて、例えば把持部３７で剥離テープ３８の把持して持ち上げつつ、テーブル送り手段３６によって、剥離テーブル３０を例えば−Ｙ方向に移動させて粘着テープ７をリングフレーム５側から剥がしていく。そして半導体基板１の裏面１ｂの全面から粘着テープ７を剥離する。

（４）第２の切削工程
剥離工程を実施した後、金属層３の表面の高さを測定し、金属層３を所定の高さに至るまでバイト切削する。まず、図５に示すように、半導体基板１の裏面１ｂ側を保持部１２の保持面１２ａに載置し、半導体基板１の表面１ａを上向きにさせる。そして、吸引源１７の吸引力が保持面１２ａで作用し、保持部１２で半導体基板１を吸引保持する。

その後、例えば測定子４１を備える高さ測定手段４０を用いて金属層３の表面の高さを測定する。具体的には、高さ測定手段４０は、測定子４１を金属層３の上面３ａに接触させて第１の切削工程によって薄化された金属層３の上面３ａを測定し、その測定結果を図６に示す制御手段２５に送る。

次に、図６に示すように、バイト切削手段２０によって金属層３をバイト切削する。具体的には、制御手段２５は、昇降手段２４により所定の送り量だけバイト２２を−Ｚ方向に下降させて、所定高さにバイト２２の下端を位置づける。そして、回転手段２３が例えば矢印Ａ方向に回転し、アーム２１とともにバイト２２を所定の回転速度で回転させる。テーブル送り手段１８によってチャックテーブル１０を例えば−Ｙ方向に移動させながら、円運動するバイト２２で金属層３をバイト切削する。そして、所望量切削されると、昇降手段２４によってバイト２２を＋Ｚ方向に上昇させてバイト切削を終了する。

以上のとおり、本発明の切削方法では、第１の切削工程を実施してリングフレーム５を半導体基板１の表面１ａよりも下側に位置づけてチャックテーブル１０にワークセット８を保持させ、バイト２２によって半導体基板１の表面１ａの全面における金属層３に切削痕が形成されるまで切削し内部応力を緩和するため、半導体基板１の反りを矯正することができる。そして、剥離工程の後、第２の切削工程を実施するため、チャックテーブル１０において反りが低減した半導体基板１を直接吸引保持することが可能となり、半導体基板１を高精度に所望の厚みに仕上げることができる。また、厚み精度の高い粘着テープも使用する必要がない。

１：半導体基板１ａ：表面１ｂ：裏面２：ビアホール３：金属層
４：貫通電極５：リングフレーム６：開口部７：粘着テープ
８：ワークセット
１０：チャックテーブル１１：枠体１２：保持部１２ａ：保持面
１３：フレーム保持機構１４：フレーム載置部１５：軸部
１６：クランプ部１７：吸引源１８：テーブル送り手段
２０：バイト切削手段２１アーム２２：バイト２３：回転手段
２４：昇降手段２５：制御手段
３０：剥離テーブル３１：枠体３２：保持部３２ａ：保持面
３３：フレーム支持部３４：吸着部３５：吸引源３６：テーブル送り手段
３７：把持部３８：剥離テープ
４０：高さ測定手段４１：測定子

Claims

表面に金属層を有する半導体基板の該金属層をバイトで切削する半導体基板の切削方法であって、
中央に開口部を有するリングフレームに粘着テープを貼着して該開口部を塞ぐとともに該粘着テープに半導体基板の裏面を貼着してワークセットを形成するワークセット形成工程と、
該ワークセットの該粘着テープをチャックテーブルの上面で吸引保持するとともに該リングフレームの上面を該半導体基板の表面より下に位置づけて該リングフレームを保持し、該金属層の全面に切削痕が形成されるまで該金属層を該バイトで切削して内部応力を緩和する第１の切削工程と、
該第１の切削工程の後、該ワークセットから該粘着テープを剥離する剥離工程と、
該剥離工程で該粘着テープが剥離された半導体基板の裏面を該チャックテーブルで吸引保持し、該金属層の表面の高さを測定し、該バイトで該金属層を所定の高さに切削する第２の切削工程と、を備える半導体基板の切削方法。