JP6616174B2 - バンプ付きデバイスシリコン基板の平坦化加工方法 - Google Patents
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Description
本発明は、バンプ付きデバイスシリコン基板の平坦化加工方法に関する。本発明の平坦化加工方法によれば、シリコン基板面の肉厚を１５０μｍ以下に研削加工減少させることが可能である。
バンプ付きデバイスシリコン基板の平坦化加工方法に関しては、バンプの段差をバックグラインディングテープで完全に吸収できないことからシリコン基板面の肉厚を１５０μｍ以下に研削加工減少させること、および研削加工されたシリコン基板面のＴＴＶを５．０μｍ以下とすることが不可能であった。
先に、本願発明者らは、特開２０１１−２２２８７７号公報（特許文献１）にて、バンプ付き基板の裏面を研削砥石で研削加工して基板を薄肉化する際に使用されるバンプ付き基板用チャックであって、ショア硬度Ａ（ＪＩＳ Ｋ７３１２）が０〜５０、圧縮弾性率（ＪＩＳ Ｋ７３１２）が１〜７Ｋｇｆ／ｃｍ２、粘着強度（ＪＩＳ Ｚ０２３７）が０．０１〜１００ｇｆ／２５ｍｍ幅、厚みがバンプ高さより５μｍ以上厚い１００〜１，０００μｍのゲルシートを剛体製ロータリーテーブルの表面に接着剤を用いて貼着し、ついで、前記バンプ付き基板用チャックのゲルシートの表面にバンプ付き基板のバンプ面をゲルシート側に対向させながらシリコン基板面を押圧してバンプ面をゲルシート厚み内に埋没させて固定し、ついで、カップホイール型研削砥石を用いて前記バンプ付き基板裏面を研削加工して基板厚みを減少させることを特徴とするバンプ付きシリコン基板の裏面研削加工方法を提案した。
また、本願発明者らによる特許第５８２７２７７号公報（特許文献２）にて、次の工程を経て半導体装置のシリコン基板面からの銅貫通電極の頭出しを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法を提案した。
（１）．半導体回路を形成したシリコン基板の表面側に孔を多数穿孔し、この穿孔内面に絶縁膜とシード層を設け、更にこのシード層内面空間に銅を充填した貫通電極柱を形成する工程。
（２）．接着剤シート材または接着剤を用いて前記銅貫通電極が形成されたシリコン基板の表面を基板チャック上に貼付する工程。
（３）．基板チャック上の前記銅貫通電極が形成されたシリコン基板の裏面をカップホイール型研削砥石によりシリコンおよび銅を同時に除く研削加工を行い、５０ｎｍ以下のＳｉ−Ｃｕ段差の平坦化表面を得る銅貫通電極の第一次頭出し加工を行う工程。この研削加工の際、基板の研削加工に供されていないカップホイール型砥石の刃先部分に高圧ジェット水を噴出させて刃先に付着した研削屑残滓や砥粒屑を洗い流す。
（４）．前記シリコン基板の露出した銅貫通電極柱頭面にのみ、選択的にニッケル無電解メッキ層を形成させる工程。
（５）．前記ニッケル無電解メッキ層の形成されていないシリコン面を、アルカリエッチングまたは化学的機械研磨加工して銅貫通電極の第二次頭出し加工を行う工程。
（６）．前記銅貫通電極の第二次頭出し加工を行ったシリコン基板の表面に絶縁膜を堆積した後に、研磨加工またはエッチング加工により銅貫通電極柱上の前記絶縁膜を除去する工程。
（１）．半導体回路を形成したシリコン基板の表面側に孔を多数穿孔し、この穿孔内面に絶縁膜とシード層を設け、更にこのシード層内面空間に銅を充填した貫通電極柱を形成する工程。
（２）．接着剤シート材または接着剤を用いて前記銅貫通電極が形成されたシリコン基板の表面を基板チャック上に貼付する工程。
（３）．基板チャック上の前記銅貫通電極が形成されたシリコン基板の裏面をカップホイール型研削砥石によりシリコンおよび銅を同時に除く研削加工を行い、５０ｎｍ以下のＳｉ−Ｃｕ段差の平坦化表面を得る銅貫通電極の第一次頭出し加工を行う工程。この研削加工の際、基板の研削加工に供されていないカップホイール型砥石の刃先部分に高圧ジェット水を噴出させて刃先に付着した研削屑残滓や砥粒屑を洗い流す。
（４）．前記シリコン基板の露出した銅貫通電極柱頭面にのみ、選択的にニッケル無電解メッキ層を形成させる工程。
（５）．前記ニッケル無電解メッキ層の形成されていないシリコン面を、アルカリエッチングまたは化学的機械研磨加工して銅貫通電極の第二次頭出し加工を行う工程。
（６）．前記銅貫通電極の第二次頭出し加工を行ったシリコン基板の表面に絶縁膜を堆積した後に、研磨加工またはエッチング加工により銅貫通電極柱上の前記絶縁膜を除去する工程。
前記特許文献１のデバイスシリコン基板の平坦化加工方法では、従来技術と同じく、シリコン基板面の肉厚を１００μｍ以下に研削加工減少させること、および研削加工されたシリコン基板面のＴＴＶを３．５μｍ以下とすることが不可能であった。また、基板の研削枚数が増加するにつれて、ゲル材研削屑がカップホイール型砥石の刃先に付着し、１０枚程度の基板の研削加工により研削砥石を新しい研削砥石に交換する必要に迫られ、基板研削加工による加工基板の大量生産に向かないことが判明した。
前記特許文献２の半導体装置の製造方法は、カップホイール型砥石の刃先に付着したシリコン研削屑や銅屑を洗い流す高圧ジェット洗浄技術を開示するが、樹脂粘着剤、ゲル化剤、接着剤屑を除去する示唆はなされていない。
本願発明者らは、特許文献１発明に、特許文献２発明の高圧ジェット洗浄技術を応用するに適した高圧ジェット洗浄溶液の圧力および噴射角度を見出すことにより、シリコン基板面の肉厚を５０μｍ〜１００μｍ未満までに研削加工減少させること、および研削加工されたシリコン基板面のＴＴＶを２．０μｍ未満とすることが可能であるとの着想に到った。
請求項１の発明は、次の（１）から（５）の工程を経ることを特徴とするバンプ付きデバイスシリコン基板の平坦化加工方法を提供するものである。
（１）．バンプ付きデバイスシリコン基板のバンプ面に接着剤層を設ける。
（２）．この接着剤層が上面となり前記バンプ付きデバイスシリコン基板のシリコン基板面が下面となるように前記バンプ付きデバイスシリコン基板を研削装置の吸着チャックに固定する。
（３）．前記吸着チャックに固定された前記バンプ付きデバイスシリコン基板の前記接着剤層をカップホイール型研削砥石によりダウンフィード研削加工し、前記接着剤層の表面が前記バンプ付きデバイスシリコン基板のバンプを被覆している厚みまで前記接着剤層を研削加工除去し、この際、前記バンプ付きデバイスシリコン基板の前記接着剤層の研削加工に供されていないカップホイール型研削砥石の刃先部分に開口角度４〜１５度の噴射ノズルより圧力５〜１２ＭＰａの高圧水を噴射し、前記刃先部分に付着した接着剤残滓を洗い流し、研削加工作業ステージ外へ排水する。
（４）．ついで、前記研削装置の前記吸着チャックに前記研削加工された前記接着剤層を下面に前記シリコン基板面を上方にして前記バンプ付きデバイスシリコン基板を固定する。
（５）．前記シリコン基板面に研削水溶液を供給しつつ、前記シリコン基板面にシリコン研削屑を活性化する光線を照射しながらカップホイール型研削砥石を用いて前記シリコン基板面をダウンフィード研削加工し、前記バンプ付きデバイスシリコン基板のシリコン基板厚みが３０〜１００μｍとなるまで研削加工を行う。
（１）．バンプ付きデバイスシリコン基板のバンプ面に接着剤層を設ける。
（２）．この接着剤層が上面となり前記バンプ付きデバイスシリコン基板のシリコン基板面が下面となるように前記バンプ付きデバイスシリコン基板を研削装置の吸着チャックに固定する。
（３）．前記吸着チャックに固定された前記バンプ付きデバイスシリコン基板の前記接着剤層をカップホイール型研削砥石によりダウンフィード研削加工し、前記接着剤層の表面が前記バンプ付きデバイスシリコン基板のバンプを被覆している厚みまで前記接着剤層を研削加工除去し、この際、前記バンプ付きデバイスシリコン基板の前記接着剤層の研削加工に供されていないカップホイール型研削砥石の刃先部分に開口角度４〜１５度の噴射ノズルより圧力５〜１２ＭＰａの高圧水を噴射し、前記刃先部分に付着した接着剤残滓を洗い流し、研削加工作業ステージ外へ排水する。
（４）．ついで、前記研削装置の前記吸着チャックに前記研削加工された前記接着剤層を下面に前記シリコン基板面を上方にして前記バンプ付きデバイスシリコン基板を固定する。
（５）．前記シリコン基板面に研削水溶液を供給しつつ、前記シリコン基板面にシリコン研削屑を活性化する光線を照射しながらカップホイール型研削砥石を用いて前記シリコン基板面をダウンフィード研削加工し、前記バンプ付きデバイスシリコン基板のシリコン基板厚みが３０〜１００μｍとなるまで研削加工を行う。
接着剤層の研削加工中、砥石刃先に付着した接着剤残滓は、高圧ジェット水により研削加工作業面より系外に排水されるので、研削砥石の研削性能が低下することはない。また、接着剤層の研削加工中にバンプ外郭と接着剤表面間に存在していた空気層の段差が研削砥石の荷重圧力により埋められるので、ＴＴＶが２．０μｍ未満のシリコン基板面を得ることが可能となった。
高圧水銀灯（活性光線照射光源）からシリコン基板面上に照射される紫外線光、または、プラズマ照射光の光線によりシリコン研削屑（ＳｉＯ２粒）を含む研削水溶液が活性化され、ＴＴＶが１．５μｍ未満のシリコン基板面を得ることが可能となった。
図１において、研削装置１は、吸着チャック２（基板吸着チャック）、刃先３ｇａ（砥石刃先）を台座に備えたカップホイール型研削砥石３ｇを備える砥石頭３、高圧水発生装置４、高圧水を噴射する噴射ノズル４ａ、研削水溶液（クーラント）を供給する研削水供給ノズル５、活性光線照射光源６を有する。バンプ付きデバイスシリコン基板ｗは、シリコン基板ｗ１の上面にデバイス層ｗ２が形成され、さらに、このデバイス層ｗ２の表面にバンプｗ３（はんだボール）が設けられている。図１において、接着剤層ｔ（バンプ付き基板用ＢＧテープ）は、テープ基材ｔ２（ＢＧテープ基材層）により裏面を覆われている。
接着剤層ｔの接着剤ｔ１（ＢＧテープ粘着層）としては、紫外線硬化性粘着剤、硬化剤含有アクリル系粘着剤または接着剤、電子線照射硬化性粘着剤、ポリシリコンゲル剤等、市場に出回っている接着剤を利用できる。バンプｗ３への接着剤層ｔ被覆は、図１に示すように、ＢＧテープを利用してもよいが、接着剤ｔ１を直接、バンプｗ３表面に塗布した後、接着剤ｔ１表面をローラで押圧して接着剤層ｔ表面を平坦化してもよい。接着剤ｔ１の素材は、シリコン基板ｗ１面の研削加工後、バンプｗ３面から除去しやすい接着剤を選ぶと良い。
図１に示す研削装置１を用いてバンプ付きデバイスシリコン基板ｗを平坦化研削加工する工程は、次のように行われる。
（１）．バンプ付きデバイスシリコン基板ｗのバンプｗ３面に接着剤層ｔを設ける。
（２）．この接着剤層ｔが上面にシリコン基板ｗ１面が下面となるように研削装置１の吸着チャック２に固定する。
（３）．吸着チャック２に固定されたバンプ付きデバイスシリコン基板ｗの接着剤層ｔを砥番が３，０００〜５，０００のカップホイール型研削砥石３ｇ（ダイアモンドカップホイール型研削砥石）を１，２００〜１，５００ｍｉｎ−１の回転速度で、送り速度５〜１５μｍ／分で回転速度２５０〜３２０ｍｉｎ−１で回転しているバンプ付きデバイスシリコン基板ｗの接着剤層ｔ表面にダウンフィードし、ダウンフィード研削加工を開始する。接着剤層ｔの表面がバンプｗ３を被覆している厚みまで接着剤層ｔを研削加工除去する。この際、バンプ付きデバイスシリコン基板ｗの接着剤層ｔの研削加工に供されていないカップホイール型研削砥石３ｇの刃先３ｇａ部分に開口角度４〜１５度の噴射ノズル４ａより圧力５〜１２ＭＰａの高圧水を噴射し、刃先３ｇａに付着した接着剤層ｔ残滓を洗い流し、研削加工作業ステージ外へ排水する。また、研削水供給ノズル５から研削水溶液（クーラント水）が接着剤層ｔ面へ供給される。
（２）．この接着剤層ｔが上面にシリコン基板ｗ１面が下面となるように研削装置１の吸着チャック２に固定する。
（３）．吸着チャック２に固定されたバンプ付きデバイスシリコン基板ｗの接着剤層ｔを砥番が３，０００〜５，０００のカップホイール型研削砥石３ｇ（ダイアモンドカップホイール型研削砥石）を１，２００〜１，５００ｍｉｎ−１の回転速度で、送り速度５〜１５μｍ／分で回転速度２５０〜３２０ｍｉｎ−１で回転しているバンプ付きデバイスシリコン基板ｗの接着剤層ｔ表面にダウンフィードし、ダウンフィード研削加工を開始する。接着剤層ｔの表面がバンプｗ３を被覆している厚みまで接着剤層ｔを研削加工除去する。この際、バンプ付きデバイスシリコン基板ｗの接着剤層ｔの研削加工に供されていないカップホイール型研削砥石３ｇの刃先３ｇａ部分に開口角度４〜１５度の噴射ノズル４ａより圧力５〜１２ＭＰａの高圧水を噴射し、刃先３ｇａに付着した接着剤層ｔ残滓を洗い流し、研削加工作業ステージ外へ排水する。また、研削水供給ノズル５から研削水溶液（クーラント水）が接着剤層ｔ面へ供給される。
（４）．ついで、研削装置１の吸着チャック２に上記研削加工された接着剤層ｔを下面にシリコン基板ｗ１面を上方にして固定する。
（５）．シリコン基板ｗ１面に研削水溶液を供給しつつ、砥番４００〜６００のカップホイール型研削砥石３ｇ（ダイアモンドカップホイール型研削砥石）を用い、これを１,２００〜１，５００ｍｉｎ−１の回転速度で、送り速度１５０〜２５０μｍ／分で、回転速度２５０〜３２０ｍｉｎ−１で回転しているバンプ付きデバイスシリコン基板ｗのシリコン基板ｗ１表面にダウンフィードし、ダウンフィード研削加工を開始する。前記シリコン基板面ｗ１をダウンフィード研削加工し、シリコン基板ｗ１厚みが３０〜１００μｍとなるまで研削加工を行う。この際、研削水供給ノズル５から研削水溶液（クーラント水）がシリコン基板ｗ１面へ供給される。必要により、シリコン基板ｗ１面にシリコン研削屑（ＳｉＯ２）を活性化する紫外線光またはプラズマ光線を活性光線照射光源６から照射する。
研削水溶液としては、純水、イオン交換水、過酸化水素水、オゾン水、水素水などが利用できる。中でもｐＨが３〜６．５の研削水溶液がシリコン基板ｗ１面の研削加工用に適している。
（６）．研削加工後、研削加工されたシリコン基板ｗ１’面を洗浄水で洗浄し、研削残滓を洗い流す。
実施例１
図１に示す研削装置１の吸着チャック２上に接着剤層ｔが上面に、シリコン基板ｗ１面が下面となるように固定した。
図１に示す研削装置１の吸着チャック２上に接着剤層ｔが上面に、シリコン基板ｗ１面が下面となるように固定した。
吸着チャック２に固定されたバンプ付きデバイスシリコン基板ｗの接着剤層ｔを砥番が４，０００のダイアモンドカップホイール型ビトリファイド研削砥石であるカップホイール型研削砥石３ｇを１，４５０ｍｉｎ−１の回転速度で、送り速度１０μｍ／分で、回転速度２９９ｍｉｎ−１で回転しているバンプ付きデバイスシリコン基板ｗの接着剤層ｔ表面にダウンフィードし、ダウンフィード研削加工を開始した。接着剤層ｔの表面がバンプｗ３を被覆している厚みまで接着剤層ｔを研削加工除去した。この際、バンプ付きデバイスシリコン基板ｗの接着剤層ｔの研削加工に供されていないカップホイール型研削砥石３ｇの刃先３ｇａ部分に開口角度４〜１５度の噴射ノズル４ａより圧力８ＭＰａの高圧純水を噴射し、刃先３ｇａに付着した接着剤層ｔ残滓を洗い流し、研削加工作業ステージ外へ排水した。また、研削水供給ノズル５から研削水溶液（クーラント水）が１０リットル／分の量、接着剤層ｔ面へ供給した。接着剤層ｔの粗さＲｙは、０．４μｍであった。
ついで、研削装置１の吸着チャック２に上記研削加工された接着剤層ｔを下面にシリコン基板ｗ１面を上方にして固定した。
シリコン基板ｗ１面に研削水溶液を供給しつつ、砥番５００のダイアモンドカップホイール型ビトリファイド研削砥石であるカップホイール型研削砥石３ｇを用い、これを１，４５０ｍｉｎ−１の回転速度で、送り速度２００μｍ／分で、回転速度２９９ｍｉｎ−１で回転しているバンプ付きデバイスシリコン基板ｗのシリコン基板ｗ１表面にダウンフィードし、ダウンフィード研削加工を開始した。前記シリコン基板ｗ１面をダウンフィード研削加工し、シリコン基板ｗ１厚みが約５０μｍとなるまで研削加工を行った。この際、研削水供給ノズル５から研削水溶液（クーラント水）をシリコン基板ｗ１面へ１０リットル／分の量を供給し続けた。
さらに、砥番８,０００のダイアモンドカップホイール型ビトリファイド研削砥石であるカップホイール型研削砥石３ｇを用い、これを３，０００ｍｉｎ−１の回転速度で、送り速度１５μｍ／分で、回転速度２９９ｍｉｎ−１で回転しているバンプ付きデバイスシリコン基板ｗのシリコン基板ｗ１表面にダウンフィードし、ダウンフィード仕上げ研削加工を開始した。前記シリコン基板ｗ１面を仕上げタウンフィード研削加工し、シリコン基板ｗ１厚みが５０μｍとなるまで研削加工を行った。この際、研削水供給ノズル５から研削水溶液（クーラント水）をシリコン基板ｗ１面へ１０リットル／分の量、供給し続けた。
得られたバンプ付きデバイスシリコン基板ｗの薄層化されたシリコン基板ｗ１’面のＴＴＶは、１．６４μｍであった。
実施例２
実施例１において、研削水としてｐＨ６の過酸化水素水を用い、シリコン基板ｗ１面に活性光線照射光源６より紫外線照射する外は同様にして、ＴＴＶが１．２０μｍのシリコン基板ｗ１’面を有するバンプ付きデバイスシリコン基板ｗを得た。
実施例１において、研削水としてｐＨ６の過酸化水素水を用い、シリコン基板ｗ１面に活性光線照射光源６より紫外線照射する外は同様にして、ＴＴＶが１．２０μｍのシリコン基板ｗ１’面を有するバンプ付きデバイスシリコン基板ｗを得た。
本発明のバンプ付きデバイスシリコン基板ｗの研削加工方法は、シリコン基板ｗ１’厚み１００μｍ未満、ＴＴＶ １．８０μｍ以下のバンプ付きデバイスシリコン基板ｗを得ることができる。
１ 研削装置
２ 吸着チャック
３ 砥石頭
３ｇ カップホイール型研削砥石
３ｇａ 刃先
４ 高圧水発生装置
４ａ 噴射ノズル
５ 研削水供給ノズル
６ 活性光線照射光源
ｗ バンプ付きデバイスシリコン基板
ｗ１ シリコン基板
ｗ１’ 薄層化されたシリコン基板
ｗ２ デバイス層
ｗ３ バンプ（はんだボール）
ｔ 接着剤層
ｔ１ 接着剤
ｔ２ テープ基材
ｔ２’ 研削後のテープ基材
２ 吸着チャック
３ 砥石頭
３ｇ カップホイール型研削砥石
３ｇａ 刃先
４ 高圧水発生装置
４ａ 噴射ノズル
５ 研削水供給ノズル
６ 活性光線照射光源
ｗ バンプ付きデバイスシリコン基板
ｗ１ シリコン基板
ｗ１’ 薄層化されたシリコン基板
ｗ２ デバイス層
ｗ３ バンプ（はんだボール）
ｔ 接着剤層
ｔ１ 接着剤
ｔ２ テープ基材
ｔ２’ 研削後のテープ基材
Claims (1)
- 次の（１）から（５）の工程を経ることを特徴とするバンプ付きデバイスシリコン基板の平坦化加工方法。
（１）．バンプ付きデバイスシリコン基板のバンプ面に接着剤層を設ける。
（２）．この接着剤層が上面となり前記バンプ付きデバイスシリコン基板のシリコン基板面が下面となるように前記バンプ付きデバイスシリコン基板を研削装置の吸着チャックに固定する。
（３）．前記吸着チャックに固定された前記バンプ付きデバイスシリコン基板の前記接着剤層をカップホイール型研削砥石によりダウンフィード研削加工し、前記接着剤層の表面が前記バンプ付きデバイスシリコン基板のバンプを被覆している厚みまで前記接着剤層を研削加工除去し、この際、前記バンプ付きデバイスシリコン基板の前記接着剤層の研削加工に供されていない前記カップホイール型研削砥石の刃先部分に開口角度４〜１５度の噴射ノズルより圧力５〜１２ＭＰａの高圧水を噴射し、前記刃先部分に付着した接着剤残滓を洗い流し、研削加工作業ステージ外へ排水する。
（４）．ついで、前記研削装置の前記吸着チャックに前記研削加工された前記接着剤層を下面に前記シリコン基板面を上方にして前記バンプ付きデバイスシリコン基板を固定する。
（５）．前記シリコン基板面に研削水溶液を供給しつつ、前記シリコン基板面にシリコン研削屑を活性化する光線を照射しながらカップホイール型研削砥石を用いて前記シリコン基板面をダウンフィード研削加工し、前記バンプ付きデバイスシリコン基板のシリコン基板厚みが３０〜１００μｍとなるまで研削加工を行う。
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