JPH11505076A - 半導体チップの背面の機械加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 放出型顕微鏡による半導体集積回路の検査が、パッケージ化されたダイあるいはウェーハの背面から遂行される。この方法では、背面を切削するのに、１５０グリット、直径０．３１８ｃｍ（０．１２５インチ）の高速（例えば、４０，０００〜６０，０００ｒｐｍ）のフライス盤が使用される。横方向への移動速度は、８ｃｍ（３インチ）／分とされ、概ね０．０００６ｃｍ（０．０００２５インチ）のカットにて切削される。パッケージ化されたダイを薄く切削する場合は、最初に、パッケージ内にダイを保持するモールド材料にダイをとりまくようにトレンチが作られ、工具が方向を変えるためにダイの表面を離れた所で瞬間的にとまるようにされる。ダイあるいはウェーハは、放出型顕微鏡による検査のために２００ミクロン以下に薄く切削される。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体チップの背面の機械加工方法 技術分野 本発明は、一般的には、半導体回路の検査、より詳細には、シリコン半導体の ダイを放出型電子顕微鏡にて検査できるようにウェーハあるいはパッケージ化さ れた形式にて準備（調製）するための新規の方法に関する。 背景技術 集積回路の内の欠陥の位置を突き止めるための放出型顕微鏡が米国特許第4,81 1,090号、これより前の関連する米国特許第4,755,874号および第4,680,635号、 並びに最近発行された米国特許第5,475,316号において開示されている。放出型 顕微鏡は、再結合放射の原理に基づく。半導体を故障したモードに動作した場合 のように、電流が過剰に引かれる状態では、シリコン内の電子と正孔が再結合し 、緩和するとき、光子を放出する。この放出は、特別に強化された電荷結合素子 （ＣＣＤ）センサによって簡単に検出することができる。この方法は、半導体産 業において広く用いられている。この方法では、ウェーハおよび最終デバイスが 、ふたを取り去ったあるいはカプセルを取り除いた状態で、正面から、つまり、 集積回路の表面を見下ろす方向から検査される。この方法の主な長所は、最高４ ，０００，０００個あるいはこれ以上のトランジスタを含む集積回路内の故障を 、迅速に、単一のトランジスタの接合レベルの位置まで、突き止めることができ ることである。 半導体産業では、高速化に対する要望に答えるために、絶えず、チップの集積 レベルの高度化と、パッケージの設計の革新がなされている。これら革新の結果 として、一応、速度を向上させることには成功しているが、故障の検査の立場か らは、正面からの検査のみでは対応できない半導体回路が出現することとなった 。これら最近の半導体回路では、故障箇所から放出される光子は正面までは届か ず、このために、正面からの検出は不可能がである。例えば、４〜５層の金属化 層が存在する場合や、フリップチップ型のパッケージングが採用されており、背 面からしか検査できない場合や、ＬＯＣ（Lead On Chip）パッケージングが採用 され ており、チップ面が金属製結合のパッドで覆われていたり、金属ラインの幅が極 端に広かったり、チップ面がグランド平面で完全に覆われている場合などがある 。このような場合は、放出（放射）が妨げられ検出が不可能であったり、対物レ ンズへの放射の入射角が小さすぎて、正面からは検出が不可能であったりする。 放出型顕微鏡は、故障の位置を突き止める手段として日常的に頼られているため に、故障の分析の分野においては、これら新世代の集積回路および新たなパッケ ージ構成からの放射も同様に検出できる能力が求められている。ところで、故障 箇所からの光子は、ダイの背面にも同様に漏れる。このために、今日では、パッ ケージシングされた半導体を、背面から検査する方法が使用されるようになって きている。この方法では、パッケージングを除去した後に、ダイが薄く切削され 、研磨され、その後、放出型顕微鏡による検査が遂行される。 放出によって生成される光は、非等方性であり、このために、集積回路の正面 と、ダイシリコンの背面とに等しく進むことはない。４つの放出タイプ、つまり 、飽和放出、ゲート誘導放出、逆バイアス接合アバランシェ放出および順バイア ス（ラッチアップ）放出が知られている。このうちの、順バイアス放出のみが、 正面と背面とに同一の強度で放射する。この放射は、８５０ｎｍ〜１．１ｕｍの 範囲の狭スペクトル信号を持つ。 他の３つの放出タイプ（これらは５５０ｎｍから１．１ｕｍの広い範囲で放射 する）では、シリコンが、フィルタとして作用し、可視スペクトル（４００〜８ ００ｎｍ）内で発生する放出の多くを吸収してしまう。このフィルタ作用は、背 面からの放射が弱い場合は、重大な問題となる。ティー・イシイおよびケー・ミ ヤモトは、１９９４年１１月１３−１８日に開催されたシンポジュウムの議事録 、Proceedings of the 20th International Symposium of Testing and Failure Analysis（検査および故障分析に関する第２０回国際シンポジュウムの議事録 ）に掲載した論文“Functional Failuare Analysis Technology from Backside of VLSI Chip（ＶＬＳＩチップの背面からの機能的故障の分析技術）”において 、シリコンの予想される計算上の吸収は、以下のような経験上の観察に良く従う ことを示す： Ｉ(x) ＝（１−Ｒ）Ｉ(o)exp（−ａｘ） ここで、ａ＝吸収係数 ｒ＝シリコンの反射率 ｘ＝シリコンの厚さ Ｉ(o)＝表面の所での初期のＩＲ（放出）の強度 Ｉ(x)＝逃げたＩＲの強度 半導体ダイが、最高で、７５０ｕｍ（３３．８ミル）の厚さを持つものと想定 すると、厚さ３４０ｕｍのまで薄くされたダイでは、計算から、約１０００ｎｍ の波長が必要であることがわかる。経験的な観察から、９５０ｕｍ以下の放出は ないことが証明されており、これは、シリコンのフィルタ作用を確認するもので ある。ゲート誘導放出の場合は、特に弱いために、サンプルを薄くし、検出の感 度を高める必要があることがあきらかである。カズヒコ・エトーは、Toshiba Co rporation,Nikkei Electronics Asia,１９９２年９月号に掲載の論文“Infrared Emission Microscope Analyzes Defects in Multilevel LSI and Silicon Bulk （赤外放出顕微鏡による多層ＬＳＩおよびシリコンバルク内の欠陥の分析）”に おいて、全ての知られている放出タイプについて、背面のシリコンを薄くするこ となく、正面および背面からどの程度の光子が放出されるか評価し、ｎｐｎトラ ンジスタの飽和されたｐｎ接合から放出される光（強度）については、光子の数 において二桁落ち、同様に、ＭＯＳトランジスタに対するゲート誘導放出につい ても、光子の数において二桁落ち、エミッタとベースの間あるいはコレクタとベ ースの間の逆バイアス放出では、検出感度において三桁落ちたことを報告してい る。予想されたように、順バイアス放出からの光子の数には損失が見られない。 これは、これらが８５０〜１１ｎｍの範囲で起こり、シリコンによるフィルタ作 用が現われることろよりかなり高いところにあるためである。 JosephおよびBerryは、IBM Proceedings of the 18th International Symposi um of Testing and Failure Analysis,October17-24,1992に掲載の論文“Infrar ed Laser Microscopy of Structures on Heavily Doped Silicon（強くドープさ れたシリコンの構造の紫外レーザ顕微鏡による検査）”において、近年の論理回 路およびマイクロプロセッサに頻繁に使用されるようになった強くＰ＋ドープ されたシリコンの影響について評価し、厚さ６２５ｕｍのダイで、Ｐ−が強くド ープされてないウェーハでは、５０％以上の光が透過するが、同じ厚さのダイで 、ｐ＋をドープしたウェーハでは、１．１ｕｍのシリコンバンドギャップの付近 の非常に狭いレンジにおいては、最大で、１〜２％しか透過しないことを示して いる。著者らは、性能を向上させる目的で、ダイを平坦に研磨して薄くしてシリ コンのフィルタ作用を低減し、画像品質の向上を図っている。 過去３年において、背面から検査するためにサンプルを準備（調製）するため の技術が、幾つか開発されている。ただし、技術的に多くの欠点があるために広 く使用されるには至っていない。これら従来の技術について以下に説明する： Ａ．ダイヤモンドスラリーによる平面研磨。集積パッケージ、例えば、プラス チックにてカプセル化されたデバイスでは、背面を薄くする場合、リードを外側 に上向きに曲げた後に、パッケージ、リードフレーム、ダイと、次々と研磨され る。ダイがこうして露出されるが、検査には、取り除いた材料について推定する ことが必要となる。いったん、薄くされたら、決してリードを元通りに戻すこと はできず、パッケージをソケット検査することもできなくなる。多数のリードを 持つデバイスでは、これは、殆ど不可能である。多数のピンを持つデバイスでは 、リードのピッチが非常に小さなために、リードを元に戻すとき、リードが完全 に折れたり、パッケージと合うところから剥がれたりする。また、二重インライ ンパッケージ（ＤＩＰ）では、リードフレームがダイとともに削り取られてしま う。 ウェーハを薄くする作業もこの方法を使用して簡単に達成することができる。 ただし、この方法は多くの短所を持つ。平面研磨は、ウェーハ全体を研磨し、シ リコンバルクの厚さを、数百ミクロン低減させることを意味する。厚さ７５０ｕ ｍのウェーハであれば、シリコンの吸収作用を低減するためには、２００ｕｍ（ 好ましくは１００ｕｍ以下）まで研磨する必要がある。このレベルにまで研磨さ れた厚さ２００ｕｍ（８”）のウエーハは、極端に脆くなり、検査における重大 な障害となる。つまり、ウェーハを固定し、ウェーハをプローブカードにてプロ ーブするときに必要とされる機械的な力によって、ウェーハが簡単に割れてしま う。 Ｂ．試薬により薄くすること。 エッチング化合物やフッ化水素酸に基づく試薬が利用されてきた。フッ化水素 酸は、シリコンのエッチングには適するが、ただし、非常に危険である。これは 、皮膚や組織を骨まで腐食することが知られている数少ない酸の一つである。こ の理由で、日常的に使用することは望ましいことではない。管理された環境下で 使用した場合でも継続して使用したときの不利益は多く、このために、日常的な 故障検査（ＦＡ）に使用するのは現実的でない。 Ｃ．ディンプリング。ディンプリングは、ＴＥＭ（トンネル電子顕微鏡）のた めに開発された方法である。これは、低ＲＰＭで回転するヘッドに重みを付けた ダイヤモンドホイールを使用して低速研磨する方法である。ホイールがパーツの 上側で回転すると同時に、下側でも同様に低ＲＰＭにて回転する。この結果とし て、ディンプル（くぼみ）として知られている鉢状のカットが作られる。平坦な 領域は、ホイールの真下に作られる。ダイヤモンドホイールをデバイスに対して 垂直に、デバイスの中心に置いた場合は、半径状の側壁と研磨ホイールの厚さに 相当する平坦なスポットを持つディンプル（くぼみ）が形成される。最終的なポ リッシングとして、ダイヤモンドスラリーあるいはペーストが使用され、鏡面仕 上げが達成される。市販の工具は、１〜３ｍｍのサイズの小さなサンプルを作る ように設計されている。ただし、今日のダイは、２０ｍｍあるいはそれ以上に達 するサイズを持つ。また、カットの結果として、半径状のエッジができ、残され たシリコンの傾斜がフィルタとして作用するために問題がある。検査領域が制限 され、平坦なスポットの外側の領域では、シリコンの厚さが増加するために、感 度が急激に失われる。さらに、低ＰＲＭ速度の工具が用いられ、パッケージング 材料とシリコンの切断には長時間が必要とされ、非常に時間がかかる方法である 。さらに、しばしば、大きな平坦の領域を作ること、例えば、ダイの背面全体を 平坦にすることが要望されるが、この方法では不可能である。この方法による準 備（調製）は、背面を平坦にするというよりも、むしろ、穴をあける動作に近く 、半径状のエッジを残すことなく、所望の部分を放出型顕微鏡による検査のため に準備することは不可能である。近年、ユーザには、大きなダイの表面上の不特 定な箇所に発生する放出を検査することを求められており、この方法は、単に、 パ ーツの大きな表面上に“検査穴”をあけるのに用いることができる程度である。 Ｄ．イオン削り。フォーカスドイオンビーム（ＦＩＢ）システムが半導体を選 択的に削るために使用されている。これは、高い真空内で、２〜３ミクロン以下 のサイズの小さな領域に対して行なわれる。これは、シリコンを削り出すことは できるが、ただし、きちんと定義された小さな領域内でのみ使用することができ る。故障箇所についての詳細な知識を持つユーザにとっては便利である。ただし 、ＦＩＢ装置はコストが高く、＄７５０，０００を超える。検査窓が限定されて いることや、所有するにはコストが高すぎることながとら、これを日常的に故障 の検査に用いることは実現的でない。また、上述の方法と同様に、大きなダイの 表面上の不特定な箇所に発生する放出を検査することを求められるユーザにとっ ては、この方法は、単に、パーツの大きな表面上に“検査穴”をあけのに用いる ことができる程度である。 Ｅ．フライス削り。フライス装置の使用は、故障の検査において、モールド材 料を取り除くために利用されている。ただし、機械工具を使用して、ダイを薄く したり、“パッケージ化された形式”にてダイをポリッシングする試みは成功し ておらず、ダイが、粉々に砕けたり、えぐれたり、割れたりしてしまう。実際、 低速が用いられ、しかも、正しい技術と工具が使用されない場合は、ダイは、モ ールド材料によってサポートされている場合でも、粉々に砕けてしまう。さらに 、モールド材料によってサポートされてないウェーハ上の個々のダイを薄くする ことを試みた者は今日まで誰もいない。ウェーハが機械的な力によって粉々に砕 けてしまうと思われている。これは、放出型顕微鏡による背面からの検査のため のサンプルの準備において課されている重大な制約であり、実際、故障の検査に 係わる全ての技術者が、背面からの検査のためにパッケージとウェーハを準備し ようと試みたときに直面し、いまだに、実行可能な技術を見つけることができず にいる技術上の課題である。 本発明は、放出型顕微鏡を使用して半導体集積回路を背面から検査することに 関する。より詳細には、本発明は、放出型顕微鏡によって検査できるような高度 な鏡面仕上げをもつ薄くされた平坦な半導体を作るための今日まで見られなかっ た方法を提供する。多くの故障の検査に係わる人々が、従来の技術に縛られ、パ ーツを検査のために準備するために方法を発見できずにいる。放出型顕微鏡によ って故障箇所を迅速に検出することに対する明白で切迫した要求が存在し、この ために、サンプルを準備するための迅速な方法が求められている。 本発明は、半導体ウェーハおよびパッケージ化されたデバイスを機械加工する 高速ダイヤモンド工具を用いる方法に関し、以下のような問題を解決する。 １．本発明による方法は、特別なタイプの機械工具を所定の方法で用いて、機 械工具を用いた背面検査のために、迅速に（一時間以内に）平坦に薄くされポリ ッシュされたダイを作る。最初にダイの背面全体が露出され、次に薄くされ、そ の後ポリッシュされる。この方法では、正面からの検査ビューに相当する、今日 まで他の方法によっては達成不可能であった最適な検査窓を、割れる心配なく作 ることができる。従来の技術では、パッケージングあるいはウェーハの保全性を 劣化することなく、検査窓を作ることは不可能であった。 ２．本発明による方法は、エポキシモールド材料、酸化アルミニウムと銅／金 、並びに銅タングステンあるいは類似する金属製ヒートシンク基板を含むパッケ ージ化されたデバイスにおいて、半径状のエッジを作ることなく、長方形あるい は正方形の平坦な切断を行うことができる。 ３．本発明による方法は、従来のＣＮＣコンピュータ数値制御フライス盤を使 用するために、高精度である。ｚ−軸方法の精度は、５ミクロン以下である。 ４．本発明による方法は、残留物が低く毒性のない切削用液体を用い、ユーザ とリードフレームなどのパッケージング材料の両方に対して腐食性や、毒性をも たない。 ５．本発明による方法は、リードの保全性を維持することができる。パッケー ジは、背面から削られ、リードは損傷を受けない。これは、多数のピンを小さな 間隔で持つパッケージに対しては非常に重要なことであり、従来の方法では、上 述のように、曲げたリードが元に戻されたとき簡単に損傷したり破壊する恐れが あった。 ６．本発明による方法では、新に開発された“フリップソケット（flipped so cket）”が利用され、薄くされたダイをこの特別に設計されたソケット内で検査 することが可能となる。このソケットは、チップの背面が露出されるようにフリ ップ形式に構成される。 ７．本発明による方法は、シリコンウェーハ上の個々のダイを薄くすることが できる。これは、従来は行われていなかった。ウェーハ全体を薄くするのではな く、ウェーハ上の選択されたダイを薄くすることができ、このためにウェーハが 割れるのを恐れることなく、ウェーハを簡単にクランプで固定し、検査すること が可能になる。ウェーハは、バルクシリコンの厚さのままに留められ、選択され たダイのみが薄くされる。このため、ウェーハが日常的に検査されるようなＦＡ Ｂ環境における生産性を向上させるための新たな方法として採用することができ る。 ８．この方法は、キャリアパッケージ内のフリップフロップ要素をそのままの 状態で背面から薄くするための迅速な方法を提供する。 発明の開示 本発明の一つの目的は、パッケージ化された形式又はウェーハ上の個別のダイ の形式における検査のための半導体集積回路を準備する方法を提供することにあ る。本発明による方法は、放出の検出感度と、照射モードにおける画像コントラ ストの両方を劣化させるフィルタとして作用するシリコンバルクの一部分を取り 除くための要件を満たす。本発明は、従来の技術における問題を解決するもので あり、市販の工具と市販のポリッシングュ試薬を従来にはなかった方法で用いる ことで達成する。本発明の主な特徴は以下の通りである。 パッケージ化されたパーツの形式、あるいはウェーハ上の個々のダイの形式に て、ダイの背面全体を露出し、平坦に薄くされ、鏡面に仕上げることで、背面か らの検査のために検査用の窓を作る。 表面を覆うプラスック製のモールド材料を高速で効果的に取り除き、ダイの背 面に接続用リードフレームを露出させる。 ダイを割ったり粉々に砕くことなく、ダイからリードフレームを取り除く。 シリコンのフィルタ作用を克服するために、ダイのバルクの厚さを、突っ込み 圧力、移動速度、シリコン結晶半導体材料の鋭いエッジや、脆い性質などを考慮 に入れながら、ダイを割らないように、１００ｕｍあるいはそれ以下の厚さに減 少させる。 ウェーハにおいては、ウェーハのバルクを、個々のダイが存在する部分で、局 所的に、ウェーハを粉々に砕いたり割ったりしないような方法で、１００〜２０ ０ｕｍあるいはそれ以下になるまで薄くし、他の部分では、選択されたダイとウ ェーハ全体の物理的な保全性を維持し、チャックアセンブリへの搭載および検査 に耐えられるようにする。この工程は、これまで行われたことなく、完全に新規 であり、従来の技術にはみられないものである。 さらに、５ミクロン以下の峰やマシーン跡を持つ鏡面に背面を仕上げる。この 最後の仕上げ工程は、最終的な検査のために重要である。これには従来のダイヤ モンドペーストによるポリッシュ剤を新規な方法で用いる。 本発明並びに発明の目的および特徴は以下の詳細な図面と請求の範囲から明ら かになるものである。 発明を実施するための最良の形態 本発明によると、背面からの検査のために、サンプルをパッケージ化されたあ るいはウェーハの形式にて、準備するための改良された、安全で、信頼できる方 法が、半導体産業における緊急な必要性に答えるために提供される。この方法は 、半導体を背面から検査するために準備するための従来の方法から発展するもの であり、従来の技術の不利益を克服することを目的とする。 以下に本発明の方法を効果的に実施するための方法が、本発明の特定な実施形 態との関連で簡単に説明される。本発明の利用は、半導体の分野および故障の分 析の分野において熟達するものであれば、以下の説明から容易に明らかになるも のである。 本発明のパッケージ化されたデバイスあるいはウェーハの形式にて半導体を薄 くするための方法は、以下のようである。 １．プログラマブルフライス盤、例えば、-EMCO PC 50 CNC フライス盤を用い て、一般属性を持つ“ポケット”（検査下のデバイス内に作られるＸＹＺ形状の 穴）を作くる。この方法は、工具の交換を伴う複数のステップから成る方法であ ることに注意する。速度、深さ、移動速度、冷却液などは、全てコンピュータの 制御下におかれる。以下の説明は、この方法はＣＮＣ（コンピュータ数値制御） 環境内で達成されるという前提で行なわれる。パッケージ化されたデバイスを扱 う場合は、特別に設計されたジグが、加工の際にチップを保持しリードが損傷す るのを防止するために使用されるが、これは、従来の技術と異なる点である。 ２．外側のバルクパッケージングを取り除くために（ウェーハの場合は適用し ない）、１／１６ツインフルートエンドミル（端刃）を用いる。バルクのパッケ ージングを、高速の２馬力の空気ベアリング駆動スピンドル、例えば、ＮＳＫ Planetaryスピンドルを用いて、回転速度４０，０００ｒｐｍ、カット深度０． ０１２３ｃｍ（０．００５インチ）、移動速度７．６ｃｍ／分（３インチ／分） にて、オイル潤滑剤を循環させながら切削する。これが、外部を覆っているモー ルド材料が削り取られ、背面からリードが露出するまで行なわれる。この工具に は、高いトルク能力が必須である。従来の方法では、一部には、十分なトルクあ るいは速度を持たない工具が使用されたために、きれいな切削および研磨を確保 することに失敗している。パッケージ化されたデバイスでは、特に、このことが 要求される。パッケージ化されたダイでは、どのダイも、パッケージジングに対 して完全には平行でないために（パッケージ上での工具のゼロがずれるために） 、この切削によってどうしても、この平行でない表面の斜面に食い込んでしまう こととなる。高いトルクのスピンドルでは、十分に高速で用いられた場合は、無 事に進むことができるが、低いトルクのスピンドルでは、絡らみ込んで、表面を えぐり取ってしまったりする。これら高速で、高いトルクのスピンドルの使用は 、従来の技術と異なる点である。 セラミックパッケージの場合は、上述の方法で穴を作った後に、この穴をモー ルド材料にて詰め直した後に、ダイヤモンドチップ付きのツインフルートエンド ミルを用いて外側のモールド材料を上述のように処理する。ウェーハの場合は、 この工程は省略されることは勿論である。 ３．説明された全ての切削は、一定の量の冷却液（Koolmist#378）を流しなが ら遂行する。この冷却液は、この用途に対して必須の３つの機能を提供する。第 一に、これは、工具が切削の際に生じる熱によって加熱されるのを防ぐとともに 、工具の表面をきれいな、詰まりのない状態に保つ。第二に、これは、壊れやす い半導体の金属化層が局部的に熱によって損傷する可能性を低減する。第三に、 これは、これも半導体の金属化層に損傷を与える恐れのある静電荷が蓄積する可 能 性を低減する。 ４．ポケット（穴）を作るプログラムの開発に当たっては、チップ全体を取り 囲むように溝を作るように設定する。これは、パッケージ化されたダイの場合に 適用するこの方法の重要な点である。工具は、ある方向に進んだ後に、折り返す ことを必要とされる。工具は、ダイの表面に接触した状態で方向を変えた場合は 、瞬間的に停止したとき、少し反り（スピンドルが変形するために）、この結果 、折り返し点で傷跡やくぼみを作ることがある。工具をチップから離れた所で折 り返させることによって、これを回避することが可能である。これは従来の技術 にはみられない点である。 ５．金とシリコンの共晶を介して共晶的にダイと密着されるリードフレーム（ ダイのパドル）は、正しく扱わないとクレータ（くぼみ）をつくる。切削工具は 、高速であっても、柔らかい銅製のリードフレームを引き裂き、この結果として 、リードフレームが引き裂かれたときダイの小片が持ち去られ、ダイにクレータ が形成されることがある。この問題を克服するために、１５０グリット、直径０ ．１２５のダイヤモンドエンドミル研磨工具を、回転速度６０，０００ＲＰＭ、 移動速度７．６ｃｍ／分（３インチ／分）、各パスにおけるカット深度約６ｕｍ （０．０００２５インチ）にて使用し、リードフレームを十分に薄くなるまで研 磨する。ユーザは、この過程を監視する必要がある。リードフレームのパドルは 、十分に薄くなると、簡単に剥がすことができるようになる。これは望ましいこ とである。この方法は、従来の技術とは大幅に異なる。 ６．ポケット（穴）を作るプログラムを、上述の工具速度、突っ込み、および 移動速度のデータを使用して、シリコンのバルクを取り除くように設定する。あ まり過激な移動速度、あるいは、あまり深いカットは、ダイを砕く危険を増大す る。高速で高トルクの工具は、からみつきのないきれいな切削を可能とするが、 これは、本発明の重要な特徴である。パッケージ化されたデバイスを、６０，０ ００ｒｐｍで回転する研磨工具を用いて、制御された移動条件で、コンピュータ 制御の下で、切削する方法は、従来の技術と大きく異なる点である。この方法で は、シリコンのフィルタ作用を克服するために多量のシリコンを取り除くことが 必要とされる。パッケージ化されたデバイスの場合は、この薄くする作業は、 シリコンバルクの厚さが１００ｕｍあるいはこれより少し薄くなるまで行なうこ とを必要とされる。ダイヤモンドのグリットは、細かければ細かいほど良いが、 ただし、細かすぎると、すぐに目詰りして、研磨の効率が落ちてしまう。このた め、１５０グリットのダイヤモンドが使用されるが、これも本発明の重要な点で ある。ウェーハの場合は、この薄くする作業は、少なくとも２００ｕｍ以下にな るまで行なわれる。ウェーハの場合は、マイクロプロービングをサポートするた めに（パッケージ化されたデバイスの場合は必要とされない）、少し厚いダイが 必要とされる。ウェーハをサポートするためには、研磨作業の際に、ウェーハを しっかりと保持するために２００ｍｍテフロン真空チャックを用いる。 ７．１５０グリットのダイヤモンド工具によって残された渦巻き状の跡を除去 するために、直径０．３２８ｃｍ（０．１２５（１／８”）インチ）、４００グ リットのダイヤモンドエンドミルを用いて、回転速度６０，０００ｒｐｍ、移動 速度７．６ｃｍ／分（３インチ／分）、カットの深さ０．０００３ｃｍ（０．０ ００１インチ）にて切削する。４回のパスで十分であり、これによって、殆どの 加工の跡が取られ、平坦に見える表面が得られる。 ８．最終的な仕上げは、従来の技術によるダイヤモンドペーストを用いて行な う。多晶性ダイヤモンドペーストを使用し、３回の連続する工程で、最終的な鏡 面仕上げまでポリッシュする。冷却液は使用しない。最初で、最も強いポリッシ ュは、１ｕｍのダイヤモンドを使用し、柔らかな綿のバフ輪あるいはエンドミル を、２，４００ｒｐｍにて、鏡面仕上げが達成されるまで動作する。４００グリ ットの工具跡を平らにするためには、鏡面ができた後、１ｕｍのダイヤモンドペ ーストによるポリッシュを５分間継続することが重要である。その後の最終的な ２回のパスにおいては、最初に、０．１ミクロンのペーストで３〜５分、次に、 ０．０５ミクロンのペーストで３〜５分ポリッシュし、これによって仕上げを完 了する。ダイヤモンドペーストを交換する度に新たなバフ輪あるいはエンドミル に交換することが必要である。 ９．上述の方法で準備されたパッケージ化されたデバイスは、“フリップソケ ット”と呼ばれる特別に設計されたソケットカードに入れられる。リードは損傷 を受けていないために、こうして薄くされたデバイスは、バイアスを掛けるため にソケットに再び差し込むことが可能である。検査カードに搭載されたソケット は、ダイの真下の領域が取り除かれるように特別にカットされ、ソケット材料お よび印刷回路基板の材料は、両方ともここを避けるようにされる。このカードが 次に転倒されたホルダー内に入れられ、ソケットカードを通じて提供されるバイ アスされた条件の下で、背面からの放出が検出される。 １０．ウェーハの場合も、転倒されたプローブステーションに入れて同様に検 査することができる。従来の方法では、ウェーハ全体を薄くすることが必要とさ れたために、パートが脆くなり、パートの扱いが困難であったが、この新たな方 法は、この問題を克服する。パーツを薄くしなければ、シリコンのフィルタ作用 によって検出の感度が著しく低下する。この新たな方法では、従来の技術と異な り、ウェーハのバルクの厚みは残したままで、ダイのみが個別に切削され、ウェ ーハが粉々に砕けるのを恐れることなく、ウェーハをマイクロプローブにかけた り、真空ジャケットに取り付けたりすることが可能となる。これは、従来の技術 と異なる点であり、現場環境におけるウェーハの故障の分析にとっての著しい進 歩である。 １１．フリップチップ形式のパッケージアセンブリでは、パッケージから取り 出すことなく、パッケージに入れたまま“その位置で”、穴をあけてダイの背面 を露出し、次に、ダイを薄くし、ポリッシュする。フリップチップ形式のパッケ ージの多くの構成では、この新たな方法のみが、放出を検出のための非破壊方法 として実行可能である。 パッケージ化されたダイ、あるいは半導体ウェーハ内のダイを、背面から薄く するための上述の方法は、放出型顕微鏡に対して使用できることが実証された。 上述の工具サイズ、移動速度および回転速度は、好ましいと考えられる値であっ て、これら速度の１０〜１５％以内の速度でも本発明の実施に問題はない。本発 明が好ましい実施形態との関連で説明されたが、この説明は単に本発明を解説す るためのものであり、本発明を制限するものとして解釈されるべきでいはない。 当業者においては、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な修正お よび用途が考えられる。本発明は、請求の範囲によってのみ定義される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．正面に集積回路を含む半導体チップの背面を機械加工する方法であって、前 記チップが、パッケージ内にモールド材料によって付着されており、上記方法が 、 ａ）３つの軸線に沿ってパッケージを移動させることが可能なフライス盤に パッケージを搭載する工程と、 ｂ）第一の回転速度で動作する回転工具を使用して前記パッケージのモール ド材料を削り、これによって、背面を覆うモールド材料を取り除き、前記モール ド材料内に前記半導体チップをとりまくトレンチを作る工程と、；及び ｃ）前記第一の回転速度より速い第二の回転速度で動作する回転工具を使用 して前記半導体チップの背面から半導体材料を削る工程と； を有することを特徴とする方法。 ２．前記第一の回転速度が、４０，０００回転／分（ｒｐｍ）のオーダであるこ とを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記第二の回転速度が、６０，０００ｒｐｍのオーダであることを特徴とす る請求項２に記載の方法。 ４．更に、前記工程ｃの前に、６０，０００ｒｐｍのオーダの速度で動作する回 転工具を使用して背面のリードフレームのパドルを削る工程を含むことを特徴と する請求項３記載の方法。 ５．さらに、 ｄ）前記工程ｃの後に背面の渦巻き状の跡を取り除く工程と、及び ｅ）背面をポリッシュペーストにてポリッシュする工程と、を含むことを特 徴とする請求項４記載の方法。 ６．前記工程ｃが、半導体チップの厚さが２００ミクロン以下に減少したときに 終了することを特徴とする請求項５記載の方法。 ７．前記工程ｂが、０．０１３ｃｍ（０．００５インチ）の深さで削り、前記リ ードフレームのパドルを削る工程が、８ｃｍ（３インチ）／分で移動し且つパド ルが０．０００６ｃｍ（０．０００２５インチ）深さで削られる１５０グリット で直径０．３１８ｃｍ（０．１２５インチ）のダイヤモンド製エンドミル 研磨工具を使用し、前記工程ｄが、８ｃｍ（３インチ）／分で移動し且つ０．０ ００２５ｃｍ（０．０００１インチ）の深さで削られる４００グリットで直径０ ．３１８ｃｍ（０．１２５インチ）のダイヤモンド製エンドミルが使用され、前 記工程ｅが、１ミクロンのダイヤモンドと、２，４００ｒｐｍの速度で回転する バフ輪を用いることを特徴とする請求項６記載の方法。 ８．前記工程ｅが、さらに、０．１ミクロンのダイヤモンドペーストと、この後 に０．０５ミクロンのダイヤモンドペーストを用いることを特徴とする請求項７ 記載の方法。 ９．更に、前記工程ｃの前に、６０，０００ｒｐｍのオーダの速度で動作する回 転工具を使用して背面のリードフレームのパドルを削る工程を含むことを特徴と する請求項１記載の方法。 10．更に、 ｄ）工程ｃの後に背面の渦巻き状の跡を取り除く工程と、及び ｅ）背面をポリッシュペーストにてポリッシュする工程とを含むことを特徴 とする請求項９記載の方法。 11．前記工程ｃが、半導体チップの厚さが２００ミクロン以下に減少したときに 終了することを特徴とする請求項１０記載の方法。 12．正面に集積回路が形成された半導体ウェーハ内のダイの背面を機械加工する 方法であって、この方法が、 ａ）３つの軸線に沿ってウェーハを移動させることが可能なフライス盤にウ ェーハを搭載する工程と、および ｂ）前記背面が２００ミクロン以下まで薄くされるまで、６０，０００回転 ／秒（ｒｐｍ）のオーダの回転速度で動作する回転工具を用いて、正面にある集 積回路とは反対側にある前記ウェーハの背面から半導体を削る工程と、 を有することを特徴とする方法。 13．前記工程ｂは、８ｃｍ（３インチ）／分で移動し且つウェーハの各パスにお いて０．０００６ｃｍ（０．０００２５インチ）深さを削る１５０グリットで直 径０．３１８ｃｍ（０．１２５インチ）のダイヤモンド製エンドミル研磨工具を 用いる請求項１２に記載の方法。 14．さらに、 ｃ）工程ｂの後に背面の渦巻き状の跡を取り除く工程と、および ｄ）背面をポリッシュペーストにてポリッシュする工程と、 を含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。 15．前記工程ｃ）は、８ｃｍ（３インチ）／分で移動し且つ０．０００２５ｃｍ （０．０００１インチ）の深さで削る４００グリットで直径０．３１８ｃｍ（０ ．１２５インチ）のダイヤモンド製エンドミルを使用し、前記工程ｅは、１ミク ロンのダイヤモンドと、２，４００ｒｐｍで回転するバフ輪を用いることを特徴 とする請求項１４記載の方法。 16．前記工程ｄ）は、さらに、０．１ミクロンのダイヤモンドペーストと、この 後に０．０５ミクロンのダイヤモンドペーストを用いることを特徴とする請求項 ７記載の方法。