特開 2022-191589 積層チップの強度検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022191589

(43)【公開日】2022-12-28

(54)【発明の名称】積層チップの強度検査方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20221221BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021099892

(22)【出願日】2021-06-16

(71)【出願人】

【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】100075177

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 尚純

(74)【代理人】

【識別番号】100113217

【弁理士】

【氏名又は名称】奥貫 佐知子

(74)【代理人】

【識別番号】100202496

【弁理士】

【氏名又は名称】鹿角 剛二

(74)【代理人】

【識別番号】100202692

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 吉文

(72)【発明者】

【氏名】中村 勝

【テーマコード（参考）】

4M106

【Ｆターム（参考）】

4M106AA02

4M106BA05

4M106BA20

4M106CA70

4M106DH32

(57)【要約】

【課題】積層チップ同士の接合強度の比較が容易に実施可能となる積層チップの強度検査方法を提供する。
【解決手段】２以上のチップが積層された積層チップの強度検査方法であって、チップに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点をチップの内部に位置付けて照射して改質層を形成する改質層形成工程と、積層チップの剥離を検査する剥離検査工程と、を含み構成される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２以上のチップが積層された積層チップの強度検査方法であって、
積層チップに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を該積層チップの内部に位置付けて照射して改質層を形成する改質層形成工程と、
積層チップの剥離を検査する剥離検査工程と、
を含み構成される積層チップの強度検査方法。

【請求項2】

該改質層形成工程において、改質層の形成条件を適宜設定する請求項１に記載の積層チップの強度検査方法。

【請求項3】

該改質層形成工程において、レーザー光線のパワー密度を適宜設定する請求項１又は２に記載の積層チップの強度検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２以上のチップが積層された積層チップの強度検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画された表面に形成されたウエーハは、切削ブレードを備えたダイシング装置、レーザー光線を照射するレーザー加工装置等によって個々のデバイスチップに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

【0003】

また、デバイスチップの機能を向上させるために、ウエーハを２層以上積層させた積層ウエーハをダイシング装置等によって個々のデバイスチップに分割することも行われている（例えば特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－１１６６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ウエーハの積層には、例えば、常温ウエーハ接合、アンダーフィル接合等が用いられる。これらの接合により形成された積層デバイスチップは、熱、引っ張り、せん断、圧縮、ねじり等の様々な外部応力によって剥離して破損する恐れがあることから、積層デバイスチップの強度検査をすべく、応力試験機を使用した応力試験が行われる。

【0006】

上記した様々な外部応力による影響を評価するためには、各種の外部応力に対応した応力試験機を用意しなければならず不経済であると共に、接合方法、接合条件に対応して積層デバイスチップ同士の接合に関する強度検査をしたい場合は、引張試験により検出される定量的な値に基づく比較評価となるため、煩に堪えないという問題がある。

【0007】

また、ダミーウエーハを２層以上積層させた積層ダミーウエーハをダイシング装置等で個々の積層ダミーチップに分割し、その後、積層の際に用いられる接合方法、接合条件を選別するために行う試験においても、上記した積層デバイスチップの強度検査と同様の問題がある。

【0008】

本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、積層チップ同士の接合強度の比較が容易に実施可能となり、各種の応力試験機を用意して積層チップ同士の接合強度を定量的な値を検出する必要がなくなり、煩に堪えないという問題が解消することができる積層チップの強度検査方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、２以上のチップが積層された積層チップの強度検査方法であって、積層チップに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を該積層チップの内部に位置付けて照射して改質層を形成する改質層形成工程と、積層チップの剥離を検査する剥離検査工程と、を含み構成される積層チップの強度検査方法が提供される。

【0010】

該改質層形成工程においては、改質層の形成条件を適宜設定することができる。また、該改質層形成工程においては、レーザー光線のパワー密度を適宜設定することができる。

【0011】

なお、本発明における「積層チップ」には、複数のデバイスが形成された積層ウエーハを分割予定ラインに沿って個々のデバイスチップに分割した後の積層デバイスチップと、積層ダミーウエーハを、想定するデバイスの寸法に基づき個々に分割した積層ダミーチップとが少なくとも含まれる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の積層チップの強度検査方法は、２以上のチップが積層された積層チップの強度検査方法であって、チップに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点をチップの内部に位置付けて照射して改質層を形成する改質層形成工程と、積層チップの剥離を検査する剥離検査工程と、を含み構成されることから、接合条件が異なる積層チップ同士の強度を容易に比較することが可能になり、各種の応力試験機を用意して積層チップ同士の強度を定量的な値で比較する必要がなく、煩に堪えないという問題が解消する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態において検査対象となる積層チップの斜視図である。

【図2】本実施形態の改質層形成工程の実施に好適なレーザー加工装置の斜視図である。

【図3】（ａ）改質層形成工程の実施態様を示す斜視図、（ｂ）積層チップに形成される改質層を示す側面図、（ｃ）積層チップに生じた剥離を示す側面図である。

【図4】１～３回目の改質層形成工程によって検査される積層チップの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明に基づいて構成される積層チップの強度検査方法に係る実施形態について添付図面を参照しながら、詳細に説明する。

【0015】

図１には、本実施形態の強度検査の対象となる４つの積層チップ１０Ａ～１０Ｄが示されている。該積層チップ１０Ａ～１０Ｄを得るに際して、例えば、同一の素材（例えばシリコン（Ｓｉ））で形成された２つのダミーウエーハを積層した４種類の積層ウエーハを用意する。該４種類の積層ウエーハは、例えば、表面活性化法による常温ウエーハ接合によって接合されたものであり、実際の積層ウエーハを形成するに際して想定される４つの異なる接合条件（接合面を研磨した際の表面粗度、接合した際の加圧力等）で接合されたものを用意する。該４種類の積層ウエーハを用意したならば、ダイシング装置等により、想定されるデバイスの寸法（例えば２０ｍｍ×２０ｍｍ）となるように個々の積層チップに分割されて、図示の積層チップ１０Ａ～１０Ｄが形成される。このように形成された積層チップ１０Ａ～１０Ｄは、いずれも、シリコンの下層チップ１２ａとシリコンの上層チップ１２ｂとで構成された積層チップであり、下層チップ１２ａと上層チップ１２ｂとの界面１４を形成する接合部の接合条件のみが異なるチップである。

【0016】

図１に示すように、積層チップ１０Ａ～１０Ｄは、環状のフレームＦに形成された開口Ｆａの内部の所定の位置に位置付けられ、下層チップ１２ａ側が下方に向けられて貼着された粘着テープＴを介してフレームＦに支持される。フレームＦに支持された積層チップ１０Ａ～１０Ｄは、図２に示すレーザー加工装置２に搬送され、レーザー加工装置２によって、本実施形態の積層チップの強度検査方法が実施される。

【0017】

図２には、レーザー加工装置２の全体斜視図が示されている。レーザー加工装置２は、基台２ａ上に配置され、検査対象物である積層チップ１０Ａ～１０Ｄに対してレーザー光線を照射するレーザー照射手段４と、フレームＦ及び粘着テープＴを介して該積層チップ１０Ａ～１０Ｄを保持する保持手段２０と、保持手段２０に保持されたフレームＦを撮像する撮像手段６と、レーザー照射手段４と保持手段２０とを相対的に加工送りし、撮像手段６と保持手段２０とを相対的に移動させる送り手段３０と、基台２ａ上の送り手段３０の側方に立設される垂直壁部８１及び垂直壁部８１の上端部から水平方向に延びる水平壁部８２からなる枠体８と、を備えている。

【0018】

枠体８の水平壁部８２の内部には、レーザー照射手段４を構成する光学系（図示は省略）が収容される。水平壁部８２の先端部下面側には、レーザー照射手段４の一部を構成する集光器４２が配設される。撮像手段６は、集光器４２に対して図中矢印Ｘで示すＸ軸方向で隣接する位置に配設されている。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向により規定される面は実質的に水平である。

【0019】

保持手段２０は、図２に示すように、Ｘ軸方向において移動自在に基台２ａに搭載された矩形状のＸ軸方向可動板２１と、Ｙ軸方向において移動自在にＸ軸方向可動板２１に搭載された矩形状のＹ軸方向可動板２２と、Ｙ軸方向可動板２２の上面に固定された円筒状の支柱２３と、支柱２３の上端に固定された矩形状のカバー板２４とを含む。カバー板２４にはカバー板２４上に形成された長穴を通って上方に延びるチャックテーブル２５が配設されている。チャックテーブル２５は、支柱２３内に収容された図示しない回転駆動手段により回転可能に構成される。チャックテーブル２５の上面には、通気性を有する多孔質材料から形成され実質上水平に延在する円形状の吸着チャック２６が配置されている。吸着チャック２６は、支柱２３を通る流路によって図示しない吸引手段に接続されており、吸着チャック２６の周囲には、間隔をおいてクランプ２７が４つ配置されている。クランプ２７は、環状のフレームＦに粘着テープＴを介して保持された積層チップ１０Ａ～１０Ｄをチャックテーブル２５に固定する際に、該フレームＦを掴む。

【0020】

送り手段３０は、Ｘ軸送り手段３１と、Ｙ軸送り手段３２と、を含む。Ｘ軸送り手段３１は、モータ３３の回転運動を、ボールねじ３４を介して直線運動に変換してＸ軸方向可動板２１に伝達し、基台２ａ上にＸ軸方向に沿って配設された一対の案内レール２ｂ、２ｂに沿ってＸ軸方向可動板２１をＸ軸方向において進退させる。Ｙ軸送り手段３２は、モータ３５の回転運動を、ボールねじ３６を介して直線運動に変換し、Ｙ軸方向可動板２２に伝達し、Ｘ軸方向可動板２１上においてＹ軸方向に沿って配設された一対の案内レール２８、２８に沿ってＹ軸方向可動板２２をＹ軸方向において進退させる。

【0021】

図２に示すレーザー加工装置２は、概ね上記したとおりの構成を備えており、このレーザー加工装置２を使用して実行される、本実施形態の積層チップの強度検査方法について、具体的に説明する。

【0022】

図１に基づき説明した積層チップＡ～Ｄは、チャックテーブル２５の吸着チャック２６上に、粘着テープＴを介して載置され、図示を省略する吸引手段を作動させることにより吸引保持される。

【0023】

チャックテーブル２５によって保持された積層チップＡ～Ｄは、上記の送り手段３０を作動することにより、撮像手段６の直下に移動させられて撮像され、各積層チップ１０Ａ～１０Ｄにおけるレーザー光線の照射位置が検出されて、図示を省略する制御手段に記憶される（アライメント）。

【0024】

上記したアライメントが実施されたならば、送り手段３０を作動して、チャックテーブル２５をＸ軸方向に移動させて、図３（ａ）に示すように、レーザー照射手段４の集光器４２の直下に位置付ける。次いで、集光器４２を上下方向に移動させることにより、レーザー照射手段４によって少なくとも上層チップ１２ｂに対して透過性を有する波長のレーザー光線ＬＢの集光点を、図３（ｂ）に示すように、積層チップ１０Ａ～１０Ｄを構成する上層チップ１２ｂ内の所定の深さに位置付ける。なお、本実施形態の強度検査方法においては、上層チップ１２ｂ内において、上面よりも界面１４に近接した位置に集光点が位置付けられる。

【0025】

上記したように、上層チップ１２ｂ内に集光点を位置付けたならば、少なくとも上層チップ１２ｂに対して透過性を有する波長のレーザー光線ＬＢを照射しながら、送り手段３０のＸ軸送り手段３１及びＹ軸送り手段３２を作動することにより、積層チップ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄのそれぞれに、図３（ａ）に破線によって示すように、Ｘ軸方向に沿って、例えば３条の改質層１００を形成する（改質層形成工程）。積層チップ１０Ａ～１０Ｄに対して実施されるレーザー加工の加工条件は、例えば、以下のように設定される。

【0026】

波長 １３４２ｎｍ
平均出力 ３Ｗ
繰り返し周波数 ９０ｋＨｚ
パルス幅 １５０ｎｍ
スポット径 φ１０μｍ
加工送り速度 ９００ｍｍ／秒

【0027】

ところで、上記の如く、積層チップ１０Ａ～１０Ｄに対して改質層形成工程を実施した場合、各積層チップ１０Ａ～１０Ｄの上層チップ１２ｂ内の界面１４側に改質層１００が形成されることにより、上層チップ１２ｂの界面１４側が改質層１００を形成した方向（本実施形態ではＸ軸方向）に膨張するため、上層チップ１２ｂにおいては、界面１４側に凸、上面側が凹となるように、Ｙ軸方向から見て、略Ｕ字形状となるように湾曲する力が生じ、この力が、下層チップ１２ａから上層チップ１２ｂを剥離させようと働く。ここで、例えば、積層チップのＸ軸方向の端部において、下層チップ１２ａから上層チップ１２ｂを剥離させようとする力が、積層チップの界面１４における接合強度よりも強くなった場合は、図３（ｃ）に示すように、Ｘ軸方向の端部において剥離１４ａが生じることになる。

【0028】

上記のように、積層チップ１０Ａ～１０Ｄに対して３条の改質層１００を形成する改質層形成工程を実施したならば、図４（ａ）に示すように、積層チップ１０Ａ～１０Ｄそれぞれの界面１４を検査して、上記の図３（ｃ）に基づき説明したような、界面１４における剥離１４ａが生じていないかを検査する（剥離検査工程）。本実施形態においては、上記の改質層形成工程及び剥離検査工程によって、積層チップ１０ＣのＸ軸方向の端部の剥がれにより剥離１４ａが生じ、他の積層チップ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄには生じていなかったものとする。これにより、積層チップ１０Ｃの界面１４における接合強度が、積層チップ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄに対して弱く、１回目の改質層形成工程が実施された段階で、評価は×であると判定される。

【0029】

上記の如く１回目の改質層形成工程、剥離検査工程を実施した後、積層チップ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄに対して強度検査を継続する場合は、さらに、下層チップ１２ａから上層チップ１２ｂを剥離させようとする応力、すなわち剥離強度を上げるべく、図４（ｂ）に示すように、上記の３条の改質層１００に加え、改質層１００の間に、新たに改質層１１０を形成する２回目の改質層形成工程を実施する。改質層１１０を形成する際のレーザー光線の加工条件は、１回目の改質層形成工程と同一の加工条件で照射するものとする。これにより、積層チップ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄの上層チップ１２ｂにおける界面１４側の改質層の密度が高まり、下層チップ１２ａから上層チップ１２ｂを剥離させようとする剥離強度が高まる。この２回目の改質層形成工程を実施した後、再び剥離検査工程を実施することにより、積層チップ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｄの界面１４において剥離１４ａが生じていないかを検査する（剥離検査工程）。本実施形態においては、図４（ｂ）に示す積層チップ１０ＡのＸ軸方向の端部に図３（ｃ）に基づき説明した剥がれによる剥離１４ａが発生し、積層チップ１０Ａの界面１４を形成する接合強度が、積層チップ１０Ｂ、１０Ｄに対して弱かったことが判定され、評価が×となる。

【0030】

上記の如く、２回目の改質層形成工程、剥離検査工程を実施した後、積層チップ１０Ｂ、１０Ｄに対して強度検査を継続する場合は、さらに、下層チップ１２ａから上層チップ１２ｂを剥離させようとする応力、すなわち剥離強度を上げるべく、図４（ｃ）に示すように、上記の改質層１００、１１０に加え、既設した改質層１００、１１０の間に、新たに改質層１２０を形成する改質層形成工程を実施する。改質層１２０を形成する際のレーザー光線の加工条件は、１回目、２回目の改質層形成工程と同一の加工条件で照射するものとする。これにより、積層チップ１０Ｂ、１０Ｄの上層チップ１２ｂにおける界面１４側の改質層の密度がさらに高まり、下層チップ１２ａから上層チップ１２ｂを剥離させようとする剥離強度がさらに高まる。この３度目の改質層形成工程を実施した後、上記の剥離検査工程を実施することにより、積層チップ１０Ｂ、１０Ｄの界面１４において剥離１４ａが生じていないかを検査する（剥離検査工程）。本実施形態においては、図４（ｃ）に示す積層チップ１０ＤのＸ軸方向の端部に、図３（ｃ）に基づき説明した剥がれによる剥離１４ａが発生し、積層チップ１０Ｄの界面１４を形成する接合強度が、積層チップ１０Ｂに対して弱かったことが判定され、評価が×となる。

【0031】

上記した実施形態によれば、積層チップ１０Ａ～１０Ｄにおいては、下層チップ１２ａと上層チップ１２ｂの接合強度が、１０Ｂ＞１０Ｄ＞１０Ａ＞１０Ｃであることが容易に判明し、積層チップを形成する際に使用する２層ウエーハの接合方法を選択する際に、積層チップ１０Ｂを形成する際に採用した積層ウエーハの接合条件を選択することができる。

【0032】

本発明の改質層形成工程を実施する際のレーザー加工条件は、上記の実施形態に限定されない。上記の実施形態では、積層チップ１０Ａ～１０Ｄに対してレーザー光線を照射するに際し、下層チップ１２ａから上層チップ１２ｂを剥離させようとする剥離強度を調整すべく、積層チップの上層チップ１２ｂに形成する改質層の間隔を変化させることにより調整したが、改質層を形成して剥離強度を変化させる際の改質層の形成条件は、他の形態に適宜設定することができる。例えば、改質層を形成する場合に、改質層を形成する所定の面積当たりのレーザー光線の照射の個数を変化させたり、改質層を形成する深さ方向の位置を変えて、上層チップ１２ｂの湾曲方向を変化させたり、任意の領域（例えば中央の領域）に集中するように改質層を形成したりしてもよい。

【0033】

また、剥離強度を変化させるためには、改質層形成工程において照射されるレーザー光線のパワー密度を適宜設定するようにしてもよい。

【0034】

本実施形態によれば、接合条件が異なる積層チップ同士の強度を容易に比較することが可能になり、各種の応力試験機を用意して積層チップ同士の強度を定量的な値で比較する必要がなく、煩に堪えないという問題が解消する。

【符号の説明】

【0035】

２：レーザー加工装置
２ａ：静止基台
２ｂ：案内レール
４：レーザー照射手段
４２：集光器
６：撮像手段
８：枠体
８１：垂直壁部
８２：水平壁部
１０Ａ～１０Ｄ：積層チップ
１２ａ：下層チップ
１２ｂ：上層チップ
１４：界面
１４ａ：剥離
２０：保持手段
２１：Ｘ軸方向可動板
２２：Ｙ軸方向可動板
２３：支柱
２４：カバー板
２５：チャックテーブル
２６：吸着チャック
２７：クランプ
２８：案内レール
３０：送り手段
３１：Ｘ軸送り手段
３２：Ｙ軸送り手段
３３：モータ
３４：ボールねじ
３５：モータ
３６：ボールねじ
１００、１１０、１２０：改質層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】