特許 5780828 ウエーハの加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5780828

(24)【登録日】2015年7月24日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】ウエーハの加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20150827BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 621B

   H01L21/304 622P

   H01L21/304 631

   H01L21/304 601Z

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2011-110950(P2011-110950)

(22)【出願日】2011年5月18日

(65)【公開番号】特開2012-243884(P2012-243884A)

(43)【公開日】2012年12月10日

【審査請求日】2014年4月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(72)【発明者】

【氏名】堤 義弘

(72)【発明者】

【氏名】井上 雄貴

【審査官】 柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０２１４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６４９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０９４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０５５８２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２４５６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９００６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４０５１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に柱状電極が埋設されたウエーハの裏面を加工して薄化するウエーハの加工方法であって、
ウエーハに埋設された柱状電極の高さを測定して柱状電極高さデータを取得する測定ステップと、
ウエーハを保持する保持テーブルの保持面と、該保持テーブルで保持されたウエーハの裏面を加工する加工手段の加工面とを、該測定ステップで取得した柱状電極高さデータに基づいて相対的に傾斜させ、加工後のウエーハの裏面と該柱状電極の端面との間隔がウエーハ全体で概略一様となるように該保持面と該加工面との対面状態を調整するとともに、該保持テーブルでウエーハを保持するウエーハ保持ステップと、
該ウエーハ保持ステップを実施した後、該柱状電極高さデータに基づいて該保持テーブルで保持されたウエーハの裏面を該加工手段で加工して、該柱状電極がウエーハの裏面に露出せず、ウエーハの裏面と該柱状電極の端面との間隔がウエーハ全体で概略一様となるようにウエーハを薄化するウエーハ薄化ステップと、
を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法。

【請求項2】

前記加工手段は、研削ホイール、研磨パッド、切削バイトの何れかから構成される請求項１記載のウエーハの加工方法。

【請求項3】

前記ウエーハ薄化ステップを実施した後、ウエーハの裏面にエッチングを施して前記柱状電極の端面をウエーハの裏面に露出させる柱状電極露出ステップを更に具備した請求項１又は２記載のウエーハの加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面に複数の半導体デバイスを有し、各半導体デバイスは所定の深さに埋設された複数の柱状電極（埋め込み電極）を備えた半導体ウエーハの裏面を加工して薄化するウエーハの加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体デバイスの高集積化、高密化、小型化、薄型化を達成するために、ＭＣＰ（マルチ・チップ・パッケージ）やＳＩＰ（システム・イン・パッケージ）といった複数の半導体デバイスチップを積層した積層型半導体パッケージが提案されている。

【0003】

このような積層型半導体パッケージは、インターポーザと呼ばれるパッケージ基板上に複数の半導体デバイスチップを積層することで形成される。一般的には、インターポーザと半導体デバイスチップの電極同士、或いは複数積層した半導体デバイスチップの電極同士を、金線ワイヤで電気的に結線した後、半導体デバイスチップをインターポーザに樹脂でモールド封止することで積層型半導体パッケージが製造される。

【0004】

ところがこの方法では、半導体デバイスチップの電極にボンディングされた金線ワイヤは、半導体デバイスチップの外周に張り出す形となるために、パッケージサイズは半導体デバイスチップよりも大きくなってしまうという問題があった。

【0005】

また、樹脂でモールド封止する際に金線ワイヤが変形して断線や短絡が生じたり、モールド樹脂中に残存した空気が加熱時に膨張して半導体パッケージの破損を招いたりするという問題があった。

【0006】

そこで、半導体デバイスチップ内に、半導体デバイスチップを厚み方向に貫通して半導体デバイスチップの電極に接続する貫通電極を設け、半導体デバイスチップを積層するとともに貫通電極を接合させて電気的に結線する技術が提案されている（例えば、特開２００５−１３６１８７号公報参照）。

【0007】

この方法では、シリコンウエーハの表面に複数の半導体デバイスが形成され、各半導体デバイスからは半導体デバイスの電極に接続されてシリコンウエーハの裏面側に伸長する複数の柱状埋め込み電極が形成されたウエーハを利用する。

【0008】

貫通電極を有する半導体デバイスチップは例えば以下の流れで製造される。まず、ウエーハの表面から半導体デバイスチップの仕上がり厚みに至る深さまで柱状埋め込み電極を形成する。

【0009】

次いで、柱状埋め込み電極が埋設されたウエーハの裏面を研削や研磨で半導体デバイスチップの仕上がり厚みに薄化するとともに、埋め込み電極の端面をウエーハの裏面に表出させる。その後、ウエーハだけを選択的にエッチングすることで、ウエーハの裏面から埋め込み電極の先端を突出させて貫通電極とする。

【0010】

次いで、ウエーハの裏面側をパシベーションで被覆した後、貫通電極（柱状電極）端面部分のパシベーションを除去する。更に、切削装置等でウエーハを分割して個々の半導体デバイスチップを形成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２００５−１３６１８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

一般に柱状電極は銅等の重金属を含むため、柱状電極が形成されたウエーハの裏面を薄化する際に柱状電極を研削・研磨して重金属の切削屑がウエーハに付着すると、半導体デバイスは重金属によって汚染される恐れがある（金属汚染）。

【0013】

そこで、柱状電極の高さに達する寸前までウエーハの裏面を加工してウエーハを薄化した後、エッチングで柱状電極の端面をウエーハの裏面から露出させるようにすることで重金属の切削屑の発生を防止することができる。

【0014】

しかし、ウエーハに埋設された柱状電極には高さばらつきがあり、柱状電極の規定高さ寸前までウエーハを研削・研磨すると、柱状電極を削ってしまう恐れがある。反対に、研削量や研磨量を少なくすると、エッチングで除去すべき量が増えるため、加工時間が非常に長くかかるという問題がある。

【0015】

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、柱状電極の切削屑で半導体デバイスを金属汚染させてしまう恐れのないウエーハの加工方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明によると、内部に柱状電極が埋設されたウエーハの裏面を加工して薄化するウエーハの加工方法であって、ウエーハに埋設された柱状電極の高さを測定して柱状電極高さデータを取得する測定ステップと、ウエーハを保持する保持テーブルの保持面と、該保持テーブルで保持されたウエーハの裏面を加工する加工手段の加工面とを、該測定ステップで取得した柱状電極高さデータに基づいて相対的に傾斜させ、加工後のウエーハの裏面と該柱状電極の端面との間隔がウエーハ全体で概略一様となるように該保持面と該加工面との対面状態を調整するとともに、該保持テーブルでウエーハを保持するウエーハ保持ステップと、該ウエーハ保持ステップを実施した後、該柱状電極高さデータに基づいて該保持テーブルで保持されたウエーハの裏面を該加工手段で加工して、該柱状電極がウエーハの裏面に露出せず、ウエーハの裏面と該柱状電極の端面との間隔がウエーハ全体で概略一様となるようにウエーハを薄化するウエーハ薄化ステップと、を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

【0017】

好ましくは、ウエーハの加工方法は、ウエーハ薄化ステップを実施した後、ウエーハの裏面にエッチングを施して柱状電極の端面をウエーハの裏面に露出させる柱状電極露出ステップを更に具備している。

【発明の効果】

【0018】

本発明によると、ウエーハに埋設された柱状電極の高さデータに基づいてウエーハの裏面を加工してウエーハの薄化を行うため、ウエーハの薄化時に誤って柱状電極を加工して重金属を含む切削屑を発生させることが抑制される。従って、半導体デバイスを金属汚染させてしまう恐れを低減できる。

【0019】

また、ウエーハに埋設された柱状電極の高さデータに基づいて加工手段の加工面と保持テーブルの保持面との対面状態を調整するため、柱状電極の高さがウエーハ面内でなだらかに変化している場合には、柱状電極の高さに対応してウエーハを薄化することができ、柱状電極端面の突出量をウエーハ全体にわたり同等にできる。

【0020】

更に、柱状電極の端面の突出量をウエーハ全体にわたり同等にできると、後のパシベーション被覆工程でパシベーション膜を均一に被覆しやすいというメリットがある。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明のウエーハの加工方法を実施するのに適した研磨装置の斜視図である。

【図2】研磨ユニット及び研磨ユニット送り機構の斜視図である。

【図3】テーブル支持板の支持状態を説明する平面図である。

【図4】保持テーブルの縦断面図である。

【図5】保持テーブルの保持面と研磨パッドの研磨面（加工面）の標準状態を示す一部断面側面図である。

【図6】半導体ウエーハの表面側斜視図である。

【図7】半導体ウエーハの縦断面図である。

【図8】図８（Ａ）は測定ステップを示す一部断面側面図、図８（Ｂ）は柱状電極高さデータを示すグラフである。

【図9】表面に保護テープが貼着された半導体ウエーハの裏面側斜視図である。

【図10】ウエーハ保持ステップを説明する一部断面側面図である。

【図11】研磨ステップ（加工ステップ）を説明する一部断面側面図である。

【図12】研磨加工後のウエーハの縦断面図である。

【図13】エッチング後のウエーハの縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明のウエーハの加工方法を実施するのに適した研磨装置２の斜視図を示している。４は研磨装置２のハウジングであり、ハウジング４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に延びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。

【0023】

この一対のガイドレール８に沿って研磨ユニット（研磨手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研磨ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

【0024】

研磨ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容されたスピンドル２２（図５参照）と、スピンドル２２を回転駆動するサーボモータ２４と、スピンドル２２の先端に固定された研磨パッド２８を有する研磨ホイール２６を含んでいる。

【0025】

研磨ユニット１０は、研磨ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成される研磨ユニット送り機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

【0026】

ハウジング４の中間部分には保持テーブルユニット３０が配設されており、保持テーブルユニット３０は図２に示す保持テーブル移動機構４４によりＹ軸方向に移動される。５６は保持テーブル移動機構をカバーする蛇腹である。

【0027】

ハウジング４の前側部分には、第１のウエーハカセット５８と、第２のウエーハカセット６０と、ウエーハ搬送ロボット６２と、複数の位置決めピン６６を有する位置決め機構６４と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）６８と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）７０と、スピナユニット７２が配設されている。

【0028】

また、ハウジング４の概略中央部には、保持テーブル４２を洗浄する洗浄水噴射ノズル７４が設けられている。この洗浄水噴射ノズル７４は、保持テーブル４２が装置手前側のウエーハ搬入・搬出領域に位置付けられた状態において、保持テーブル４２に向かって洗浄水を噴射する。

【0029】

図２を参照すると、保持テーブルユニット３０及び保持テーブル送り機構４４の斜視図が示されている。保持テーブルユニット３０は、支持基台３２と、支持基台３２に角度調整可能に取り付けられたテーブル支持板３８と、テーブル支持板３８に回転自在に配設された保持テーブル４２を含んでいる。

【0030】

支持基台３２には所定角度（例えば１２０度）離間して一対のエアシリンダ３４，３６が配設されており、エアシリンダ３４，３６のピストンロッド３４ａ，３６ａの先端３４ｂ，３６ｂはテーブル支持板３８に連結されている。３４ｂ，３６ｂは可動支持部として作用する。

【0031】

図３に示すように、テーブル支持板３８は更に、可動支持部３４ｂ，３６ｂから所定角度（例えば１２０度）離間して配設された固定支持部４０により支持されている。テーブル支持板３８のこのような支持構成により、エアシリンダ３４，３６を選択的に駆動すると、テーブル支持板３８の水平面からの傾斜角度を任意に調整することができる。保持テーブル４２はテーブル支持板３８に配設されているので、これにより保持テーブル４２の保持面の角度を任意に調整可能である。

【0032】

保持テーブルユニット３０は、保持テーブル移動機構４４により研磨装置２の前後方向（Ｙ軸方向）に移動される。保持テーブル移動機構４４は、ボールねじ４６のねじ軸４８と、ねじ軸４８に螺合する支持基台３２に取り付けられた図示しないナットと、ねじ軸４８の一端に連結されたパルスモータ５０とから構成される。

【0033】

パルスモータ５０をパルス駆動すると、ボールねじ４６のねじ軸４８が回転し、このねじ軸４８に螺合したナットを有する支持基台３２が一対のガイドレール５２に案内されながらパルスモータ５０の回転方向に応じてＹ軸方向に移動される。

【0034】

図４を参照すると、保持テーブル４２の縦断面図が示されている。保持テーブル４２は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等から形成された枠体７６を有しており、枠体７６の上部には嵌合凹部７８が形成されているとともに中央部に吸引路８２が形成されている。吸引路８２は、図示しない真空吸引源に選択的に接続される。

【0035】

枠体７６の嵌合凹部７８内にはポーラスセラミックス等から形成された吸引部８０が嵌合されている。保持テーブル４２の吸引部８０は、保持テーブル４２の回転軸４２ａを頂点として僅かな山形状に形成された保持面８０ａを有しており、吸引部８０の半径Ｒを１０ｃｍとすると、保持面８０ａの中心部と周辺部との高さの差Ｈは１０〜２０μｍ程度に形成されている。

【0036】

図５を参照すると、標準研磨時の吸引部８０の保持面８０ａと研磨パッド２８の研磨面（加工面）２８ａとの対面状態が示されている。この標準研磨時には、吸引部８０の保持面８０ａと研磨パッド２８の研磨面２８ａとは平行に維持されている。

【0037】

尚、図５に示した状態は、吸引部８０の保持面８０ａの傾斜角が誇張されているため、回転軸４２ａが鉛直方向から非常に傾斜されて描かれているが、実際には回転軸４２ａはほぼ鉛直方向に維持されている。

【0038】

図６は本発明のウエーハの加工方法の加工対象となる半導体ウエーハ１１の斜視図を示している。図６に示す半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数のストリート（分割予定ライン）１３が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１３によって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

【0039】

このように構成された半導体ウエーハ１１は、デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９をその表面に備えている。また、半導体ウエーハ１１の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ２１が形成されている。

【0040】

図７の縦断面図に示すように、半導体ウエーハ１１のデバイス領域１７には複数の柱状電極２３が埋設されている。柱状電極２３は、銅等の重金属から形成されている。ウエーハ１１内に埋設された柱状電極２３は高さばらつきがあり、図７に示した例では中央部の柱状電極２３の高さが外周部の柱状電極２３に比較して若干低く形成されている。図７に示した柱状電極２３の高さばらつきは一例であり、外周部の柱状電極２３の高さが中央部分に比べて低くなっているようなウエーハもある。

【0041】

本発明のウエーハの加工方法では、まず、ウエーハに埋設された柱状電極２３の高さを測定して柱状電極高さデータを取得する測定ステップを実施する。この測定ステップでは、例えば図８（Ａ）に示すように、高さ測定装置８４からウエーハ１１の裏面１１ｂにＩＲ波長のレーザビームを照射しながら高さ測定装置８４を矢印方向に走査することにより、埋設された柱状電極の端面で反射された反射光とウエーハ表面で反射された反射光の強度差から図８（Ｂ）に示すような、柱状電極高さデータを取得し、これを研磨装置２のコントローラのメモリに記憶する。

【0042】

柱状電極２３の測定はウエーハ１１の全面に渡り実施するのが好ましいが、例えばウエーハ１１の外周部と中央部のみ測定し、中間部分は外周部と中央部の測定データで補間するようにしてもよい。

【0043】

本発明の好ましい実施形態では、研磨装置２によるウエーハ１１の研磨を実施する前に、よく知られた研削装置によりウエーハ１１の裏面１１ｂを研削してウエーハ１１を所定の厚さ（例えば８０μｍ）に薄化しておく。これにより、図１に示した研磨装置２による研磨量を低減することができる。

【0044】

このような研削工程を実施する前に、ウエーハ１１の表面１１ａに形成されたデバイス１５を保護するために、ウエーハ１１の表面１１ａには図９に示すように保護テープ２５が貼着される。

【0045】

測定ステップ実施後、所定の厚さに研削加工されたウエーハ１１は、図１０に示すように、ウエーハ１１を保持する保持テーブル４２の保持面８０ａと、保持テーブル４２で保持されたウエーハの裏面１１ｂを研磨加工する研磨装置２の研磨パッド２８の研磨面（加工面）２８とを、測定ステップで取得した柱状電極高さデータに基づいて相対的に傾斜させて保持面８０ａと研磨面２８ａとの対面状態を調整し、調整後保持テーブル４２でウエーハ１１を保持するウエーハ保持ステップを実施する。

【0046】

本実施形態では、図８（Ａ）に示した測定ステップで、図８（Ｂ）に示すようなウエーハ１１の中央部分の柱状電極２３の高さが外周分に比較して低い柱状電極高さデータが得られているので、標準状態の保持テーブル４２の回転軸４２ａ´をごく小さい角度θだけ回転して回転軸４２ａを若干立てて保持面８０ａの中央部分が標準状態から若干高くなるように調整する。

【0047】

このように保持面８０ａと研磨面２８ａとの対面状態を調整した後、ウエーハ１１を保持テーブル４２の吸引部８０で吸引保持する。ウエーハ保持ステップを実施した後、図８（Ｂ）に示したような柱状電極高さデータに基づいて、図１１に示すように、保持テーブル４２で保持されたウエーハ１１の裏面１１ｂを研磨パッド２８で研磨して柱状電極２３がウエーハ１１の裏面１１ｂに露出しない状態にウエーハ１１を薄化するウエーハ薄化ステップ（研磨ステップ）を実施する。

【0048】

この研磨ステップは、保持テーブル４２を矢印ａ方向に回転させながら、矢印ｂ方向に回転している研磨パッド２８をウエーハ１１の裏面１１ｂに押しつけよく知られた研磨液を研磨面２８ａに供給しながら実施する。

【0049】

研磨によるウエーハ薄化ステップが終了した状態の断面図が図１２に示されている。図１２から明らかなように、ウエーハ１１の中央部分が外周部分に比べてより多く研磨され、柱状電極２３の端面２３ａとウエーハ裏面１１ｂとの間の間隔がウエーハ全体にわたり概略一様に形成されている。

【0050】

ウエーハ薄化ステップ実施後、ウエーハ１１の裏面１１ｂにエッチングを施して柱状電極２３の端面２３ａをウエーハ１１の裏面１１ｂに露出させる柱状電極露出ステップを実施する。

【0051】

柱状電極露出ステップ実施後のウエーハ１１の断面図が図１３に示されている。エッチング方法としては、プラズマエッチング等のドライエッチング、或いはエッチング液を使用したウエットエッチングの何れの方法でもよい。

【0052】

上述した実施形態では、本発明のウエーハの加工方法を研磨装置２で実施している例について説明したが、加工手段は研磨装置２に限定されるものではなく、研削装置の研削ホイール、切削バイト装置の切削バイト等を使用して、本発明のウエーハ薄化ステップを実施するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0053】

２ 研磨装置
１０ 研磨ユニット
１１ 半導体ウエーハ
１５ デバイス
２３ 柱状電極
２８ 研磨パッド
２８ａ 研磨面（加工面）
４２ 保持テーブル
８０ 吸引部
８０ａ 保持面
８４ 高さ測定装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】