特表 2022-533537 基板構造化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-25

(54)【発明の名称】基板構造化方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20220715BHJP

   H01L 21/306 20060101ALI20220715BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20220715BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

H01L21/306 B

H01L21/68 N

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021565709

(86)(22)【出願日】2020-04-06

(85)【翻訳文提出日】2021-12-27

(86)【国際出願番号】 US2020026832

(87)【国際公開番号】W WO2020231544

(87)【国際公開日】2020-11-19

(31)【優先権主張番号】102019000006740

(32)【優先日】2019-05-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(31)【優先権主張番号】16/687,564

(32)【優先日】2019-11-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】チェン， ハンウェン

(72)【発明者】

【氏名】ヴァハヴェルベク， スティーヴン

(72)【発明者】

【氏名】パク， ギバク

【テーマコード（参考）】

5F004

5F043

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F004AA09

5F004AA14

5F004BD01

5F004EA29

5F004EB01

5F043AA02

5F043BB01

5F043CC16

5F043DD07

5F131AA34

5F131BA11

5F131BA17

5F131CA67

5F131EA05

5F131EB00

(57)【要約】

本開示は、半導体基板を構造化するための方法および装置に関する。一実施形態では、基板構造化の方法は、任意選択でキャリア上に配置された基板にレジスト層を塗布することを含む。レジスト層が、紫外線放射またはレーザーアブレーションを使用してパターニングされる。次に、レジスト層のパターニングされた部分は、マイクロブラストによって基板上に転写されて、基板内に所望のフィーチャを形成し、一方、レジスト層の非曝露または非アブレーション部分は、基板の残りの部分を遮蔽する。次に、基板をエッチングプロセスおよび剥離プロセスに曝露して、レジスト層を除去し、キャリアを解放する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板構造化のための方法であって、
第１の接着剤層を介して基板をキャリアプレートに接合することと、
前記基板上にレジスト層を形成することであって、第２の接着剤層を介して前記基板に接合されたレジスト層を形成することと、
電磁放射を介して前記レジスト層をパターニングすることと、
パターニングされた前記レジスト層に対して粉末粒子の流れを推進することによって、前記基板をパターニングして、構造化されたパターンをその中に形成することと、
前記基板をエッチングプロセスに曝露して、前記基板内の前記構造化されたパターンからデブリを除去し、さらに前記基板の１つ以上の表面を滑らかにすることと、
前記第２の接着剤層を解放することによって、前記レジスト層を前記基板から剥離することと、
前記第１の接着剤層を解放することによって、前記基板を前記キャリアプレートから剥離することと、
を含む方法。

【請求項2】

前記基板が、単結晶ｐ型シリコン基板である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記基板が、シリコンソーラー基板である、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記基板が、約２００μｍ未満の厚さを有する、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記レジスト層が、レーザーアブレーションによってパターニングされる、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記粉末粒子が、セラミック材料を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記粉末粒子が、酸化アルミニウムを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記粉末粒子が、炭化ケイ素を含む、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記粉末粒子が、約１５μｍから約４０μｍの間の直径を有する、請求項６に記載の方法。

【請求項10】

粉末粒子の前記流れを推進するために利用される流体圧力が、約５０ｐｓｉから約１５０ｐｓｉの間である、請求項６に記載の方法。

【請求項11】

基板構造化のための方法であって、
シリコンソーラー基板上にレジスト層を形成することと、
前記レジスト層を電磁放射に曝露することによって、前記レジスト層をパターニングすることと、
高圧下で粉末粒子の流れを前記基板に向かって推進して、前記基板から材料を取り外して除去し、構造化されたパターンを前記基板内に形成することと、
前記基板をエッチングプロセスに曝露して、前記基板内の前記構造化されたパターンからデブリを除去し、さらに前記基板の１つ以上の表面を滑らかにすることと、
を含む方法。

【請求項12】

前記基板が、単結晶シリコンソーラー基板である、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記粉末粒子が、約２０μｍから約３５μｍの間の直径を有する、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

基板構造化のための方法であって、
基板の第１の表面上に第１のレジスト層を形成することであって、第１の接着剤層を介して前記基板に接合された第１のレジスト層を形成することと、
前記基板の第２の表面であって、前記基板が、前記第１の表面と第２の表面との間に延びる厚さを備える、第２の表面上に第２のレジスト層を形成することであって、第２の接着剤層を介して前記基板に接合された第２のレジスト層を形成することと、
前記第１のレジスト層をパターニングすることと、
前記第２のレジスト層をパターニングすることと、
粉末粒子を前記基板の前記第１の表面に対して推進して、前記基板の前記第１の表面内に１つ以上のパターニングされた構造を形成することと、
粉末粒子を前記基板の前記第２の表面に対して推進して、前記１つ以上のパターニングされた構造を、前記基板の前記厚さにわたって拡大させることと、
前記基板をエッチングプロセスに曝露して、前記基板からデブリを除去し、さらに前記基板の１つ以上の表面を滑らかにすることと、
を含む方法。

【請求項15】

前記第１のレジスト層および前記第２のレジスト層が、レーザーアブレーションによってパターニングされる、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］本開示の実施形態は、一般に、半導体基板を構造化するための方法および装置に関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、マイクロブラストおよびレーザーアブレーション技術を使用して半導体基板を構造化するための方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］小型化された電子デバイスおよびコンポーネントに対する需要が増え続けているため、集積回路は、１つのチップに数百万のトランジスタ、コンデンサ、および抵抗を含めることができる複雑な２．５Ｄおよび３Ｄデバイスに進化した。チップ設計の進化により、回路密度が増加し、集積回路の処理能力と速度が向上した。より高い回路密度でのより高速な処理能力に対する要求は、対応する要求を、そのような集積回路チップの製造に使用される材料、構造、およびプロセスに課す。しかしながら、集積度と性能の向上へのこれらの傾向とともに、製造コストの削減が常に追求されている。

【0003】

［０００３］従来、集積回路チップは、フィーチャおよびそれを通る接続の形成が容易であり、有機複合材料に関連する比較的低いパッケージ製造コストのために、有機パッケージ基板上に製造されてきた。しかしながら、回路密度が増加し、電子デバイスがさらに小型化されると、デバイスのスケーリングおよび関連する性能要件を維持するための材料構造化の解像度の制限のため、有機パッケージ基板の利用は実用的ではなくなる。最近では、有機パッケージ基板に関連するいくつかの制限を補うために、有機パッケージ基板上に配置されたパッシブシリコンインターポーザを再配線層として利用した、２．５Ｄおよび３Ｄ集積回路が製造されている。シリコンインターポーザの利用は、高度なパッケージング用途における高帯域幅密度、低電力のチップ間通信、および異種統合（ヘテロジニアスインテグレーション）の要件に対する潜在能力によって推進されている。それでも、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）などの、シリコンインターポーザでのフィーチャの形成は、依然として困難でコストがかかる。詳細には、高アスペクト比のシリコンビアエッチング、化学的機械平坦化、および半導体バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）相互接続によって、高いコストが課せられる。

【0004】

［０００４］したがって、当技術分野で必要とされるのは、高度なパッケージング用途のための基板構造化の改善された方法である。

【発明の概要】

【0005】

［０００５］一実施形態では、基板構造化のための方法が提供される。この方法は、第１の接着剤層を用いて基板をキャリアプレートに接合することと、第２の接着剤層を用いて基板上にレジスト層を接合することと、電磁放射を用いてレジスト層をパターニングすることと、を含む。この方法はさらに、パターニングされたレジスト層に対して粉末粒子を推進して、構造化されたパターンを基板に形成することと、基板をエッチングプロセスに曝露して、構造化されたパターンからデブリを除去し、その１つ以上の表面を滑らかにすることと、を含む。第２の接着剤層を解放することによって、レジスト層が基板から剥離され、第１の接着剤層を解放することによって、基板がキャリアプレートから剥離される。

【0006】

［０００６］一実施形態では、基板構造化のための方法が提供される。この方法は、シリコンソーラー基板上にレジスト層を形成することと、レジスト層を電磁放射に曝露することによってレジスト層をパターニングすることと、高圧下で粉末粒子の流れを基板に向かって推進して、基板から材料を取り外して除去し、構造化されたパターンをその中に形成することと、基板をエッチングプロセスに曝露して、構造化されたパターンからデブリを除去し、基板の１つ以上の表面を滑らかにすることと、を含む。

【0007】

［０００７］一実施形態では、基板構造化のための方法が提供される。この方法は、第１の接着剤層を用いて基板の第１の表面上に第１のレジスト層を接合することと、第２の接着剤層を用いて基板の第２の表面上に第２のレジスト層を接合することと、第１のレジスト層および第２のレジスト層をパターニングすることと、を含む。この方法はさらに、粉末粒子を基板の第１の表面に向かって推進して、その中に１つ以上のパターニングされた構造を形成することと、粉末粒子を基板の第２の表面に向かって推進して、１つ以上のパターニングされた構造を、第１の表面と第２の表面との間の基板の厚さにわたって延ばすことと、基板をエッチングプロセスに曝露して、基板からデブリを除去し、その１つ以上の表面を滑らかにすることと、を含む。

【0008】

［０００８］本開示の上記の特徴が詳細に理解されるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、いくつかが添付の図面に示されている実施形態を参照することによって行われ得る。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施形態のみを示し、したがって、その範囲を限定すると見なされるべきではなく、他の同等に効果的な実施形態を認めることができることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本明細書に記載の実施形態による基板構造化プロセスの流れ図を示している。

【図2A-2F】本明細書に記載の実施形態による、基板構造化プロセスの様々な段階での基板の断面図を概略的に示している。

【図3A-3F】本明細書に記載の実施形態による、基板構造化プロセスの様々な段階での基板の断面図を概略的に示している。

【図4A-4E】本明細書に記載の実施形態による、基板構造化プロセスの様々な段階での基板の断面図を概略的に示している。

【図5】本明細書に記載の実施形態による基板構造化プロセスの流れ図を示している。

【図6A-6D】本明細書に記載の実施形態による、基板構造化プロセスの様々な段階での基板の断面図を概略的に示している。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［００１５］理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が使用されている。一実施形態の要素および特徴は、さらに列挙することなく、他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが企図されている。

【0011】

［００１６］本開示は、半導体基板を構造化するための方法および装置に関する。一実施形態では、基板構造化の方法は、任意選択でキャリアプレート上に配置された基板にレジスト層を塗布することを含む。レジスト層が、紫外線放射またはレーザーアブレーションを使用してパターニングされる。次に、レジスト層のパターニングされた部分は、マイクロブラストによって基板上に転写され、一方、レジスト層の非曝露または非アブレーション部分は、基板の残りの部分を遮蔽する。次に、基板をエッチングプロセスおよび剥離プロセスに曝露して、レジスト層を除去し、キャリアを解放する。別の実施形態では、所望のフィーチャが、レーザーアブレーションによって基板内に形成される。

【0012】

［００１７］図１は、基板１０２を構造化するための代表的な方法１００の流れ図を示している。図２Ａ～図２Ｆおよび図３Ａ～図３Ｆは、図１の構造化プロセスの様々な段階での基板１０２の概略断面図を示している。したがって、図２Ａ～図２Ｆおよび図３Ａ～図３Ｆへの参照が、必要に応じて図１および方法１００の説明に含まれる。さらに、基板１０２を構造化するための方法１００は、複数の工程を有する。工程は、任意の順序でまたは同時に実行でき（コンテキストが可能性を除外する場合を除く）、方法は、定義された工程のいずれかの前、２つの定義された工程の間、または全ての定義された工程の後に実行される１つ以上の他の工程を含むことができる（コンテキストが可能性を除外する場合を除く）。

【0013】

［００１８］一般に、方法１００は、工程１１０で基板１０２にレジスト膜を塗布することを含む。いくつかの実施形態では、基板１０２は、レジスト膜を塗布する前に、任意選択でキャリアプレートに連結される。工程１２０において、方法１００は、基板１０２を電磁放射またはレーザー放射に曝露して、レジスト膜をパターニングすることを含む。工程１３０で、基板１０２は、基板１０２内に、ブラインドビア、貫通ビア、またはキャビティなどの構造を形成するために、マイクロブラストされる。この方法はさらに、工程１４０で、基板１０２をエッチングして、マイクロブラストプロセス中に形成されたデブリおよび表面マイクロクラックを除去し、一方、パターニングされたレジスト膜はそのままであることを含む。続いて、パターニングされたレジスト層が、工程１５０で除去され、その後、基板はさらに、工程１６０で、キャリアプレート剥離プロセスに曝露され得る。

【0014】

［００１９］基板１０２は、ＩＩＩ－Ｖ化合物半導体材料、シリコン、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞またはＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、シリコンゲルマニウム、ドープまたは非ドープシリコン、ドープまたは非ドープポリシリコン、窒化ケイ素、石英、ホウケイ酸ガラス、ガラス、サファイア、アルミナ、およびセラミックを含むがこれらに限定されない任意の適切な基板材料で形成される。一実施形態では、基板１０２は、パッケージング基板である。一実施形態では、基板１０２は、単結晶ｐ型またはｎ型シリコン基板である。一実施形態では、基板１０２は、多結晶ｐ型またはｎ型シリコン基板である。別の実施形態では、基板１０２は、ｐ型またはｎ型シリコンソーラー基板である。特に断りのない限り、本明細書に記載の実施形態および実施例は、約５０μｍから約１０００μｍの間、例えば、約９０μｍから約７８０μｍの間の厚さを有する基板を用いて実行される。例えば、基板１０２は、約１００μｍから約３００μｍの間の厚さ、例えば、約１１０μｍから約２００μｍの間の厚さを有する。

【0015】

［００２０］基板１０２が約２００μｍ未満の厚さ、例えば、約５０μｍの厚さを有する実施形態では、基板１０２は、基板構造化プロセス１００の間、キャリアプレート１０６に連結されている。キャリアプレート１０６は、基板構造化プロセス１００中、基板１０２に機械的支持を提供し、基板１０２が破損するのを防ぐ。キャリアプレート１０６は、ガラス、セラミック、金属などを含むがこれらに限定されない、任意の適切な化学的および熱的に安定な剛性材料で形成されている。キャリアプレート１０６は、約１ｍｍから約１０ｍｍの間の厚さ、例えば、約２ｍｍから約５ｍｍの間の厚さを有する。一実施形態では、キャリアプレート１０６は、テクスチャ表面を有し、その上に基板１０２が連結される。別の実施形態では、キャリアプレート１０６は、研磨された表面を有し、その上に基板１０２が連結される。

【0016】

［００２１］一実施形態では、基板１０２は、接着剤層１０８を介してキャリアプレート１０６に連結される。接着剤層１０８は、ワックス、グルー、および同様の接着剤を含むがこれらに限定されない任意の適切な一時的接着材料で形成されている。接着剤層１０８は、機械的ローリング、プレス、ラミネーション、スピンコーティング、ドクターブレードなどによってキャリアプレート１０６上に塗布することができる。一実施形態では、接着剤層１０８は、水溶性または溶剤可溶性の接着剤層である。他の実施形態では、接着剤層１０８は、ＵＶ剥離接着剤層である。さらに他の実施形態では、接着剤層１０８は、熱剥離接着剤層である。そのような実施形態では、接着剤層１０８の接着特性は、１１０℃を超える温度、例えば、１５０℃を超える温度への曝露などの、高温への曝露時に低下する。接着剤層１０８は、ライナー、熱剥離接着剤膜、ベース膜、感圧膜などの膜（図示せず）の１つ以上の層、および他の適切な層を、さらに含み得る。

【0017】

［００２２］図２Ａおよび図３Ａに対応する工程１１０において、レジスト膜が基板１０２に塗布されて、レジスト層１０４を形成する。レジスト層１０４は、後続の処理工程中に所望のパターンを基板１０２に転写するために使用される。工程１２０でパターニングされた後、レジスト層１０４は、工程１３０でのマイクロブラストプロセス中に、下にある基板１０２の選択された領域を保護する。

【0018】

［００２３］基板１０２は、上にレジスト層１０４が形成され得る１つ以上の実質的に平面の表面を有する。図３Ａに示される実施形態などの一実施形態では、レジスト層１０４は、レジスト接着剤層１０９を介して基板１０２に接合される。レジスト接着剤層１０９は、ポリビニルアルコール、２－エチル－２－（ヒドロキシメチル）－１，３－プロパンジオールを含むトリエステル、および他の水溶性または溶剤可溶性の材料を含むがこれらに限定されない、任意の適切な一時的接着材料から形成される。一実施形態では、レジスト接着剤層１０９は、接着剤層１０８とは異なる材料から形成される。一実施形態では、レジスト接着剤層１０９は、組成が接着剤層１０８と実質的に類似している。レジスト接着剤層１０９は、機械的ローリング、プレス、ラミネーション、スピンコーティング、ドクターブレード、または類似のプロセスによって基板１０２上に塗布することができる。図２Ａに示されるものなどの別の実施形態では、レジスト層１０４は、ポリビニルアルコールなどの一時的接着材料で形成され、したがって、レジスト層１０４を基板１０２の表面に直接塗布して接合することができる。さらにまた、レジスト層１０４は、１つ以上の層、例えば、第１のレジスト層および第２のレジスト層（図示せず）を含んでもよい。

【0019】

［００２４］図２Ａに示される実施形態などの一実施形態では、レジスト層１０４は、フォトレジストである。レジスト層１０４は、溶媒、フォトレジスト樹脂、および光酸発生剤を含み得る。フォトレジスト樹脂は、任意のポジ型フォトレジスト樹脂または任意のネガ型フォトレジスト樹脂であり得る。代表的なフォトレジスト樹脂には、アクリレート、ノボラック樹脂、ポリ（メチルメタクリレート）、およびポリ（オレフィンスルホン）が含まれる。他のフォトレジスト樹脂も使用することができる。電磁放射に曝露されると、光酸発生剤は、酸性の陽イオンや陰イオンなどの荷電種を生成する。光酸発生剤はまた、分極種を生成し得る。光酸発生剤は、電磁放射に対して樹脂を増感させる。代表的な光酸発生剤には、例えば、スルホネート塩、スルホネートエステル、およびスルホニルオキシケトンなどのスルホネート化合物が含まれる。他の適切な光酸発生剤には、アリールジアゾニウム塩、ハロニウム塩、芳香族スルホニウム塩およびスルホキソニウム塩またはセレン塩などのオニウム塩が含まれる。他の代表的な光酸発生剤には、ニトロベンジルエステル、ｓ－トリアジン誘導体、イオン性ヨードニウムスルホネート、パーフルオロアルカンスルホネート、アリールトリフラートおよびそれらの誘導体および類似体、ピロガロール誘導体、ならびにアルキルジスルホンが含まれる。他の光酸発生剤も使用することができる。

【0020】

［００２５］図３Ａに示される実施形態などの一実施形態では、レジスト層１０４は、レーザー感受性レジストである。レジスト層１０４は、レーザーアブレーションに適した硬度を有する任意の材料で形成することができる。例えば、レジスト層１０４は、約４０から約９０の間、例えば、約６０から約７０の間のショアＡスケール硬度値を有する材料で形成されている。一実施形態では、レジスト層１０４は、約６５のショアＡスケール硬度値を有する材料で形成されている。さらなる実施形態では、レジスト層４０４は、約０．５ＭＰａから約１０ＭＰａの間、例えば、約１ＭＰａから約８ＭＰａの間の引張強度を有する材料で形成されている。例えば、レジスト層１０４は、約７ＭＰａの引張強度を有する材料で形成されている。いくつかの実施形態では、レジスト層１０４は、ポリジメチルシロキサン材料で形成されている。他の実施形態では、レーザー感受性レジスト層１０４は、ポリビニルアルコール、２－エチル－２－（ヒドロキシメチル）－１，３－プロパンジオールを含むトリエステルなどで形成されている。

【0021】

［００２６］図２Ｂおよび図３Ｂに対応する工程１２０において、レジスト層１０４が上に形成された基板１０２は、電磁放射に曝露されて、レジスト層１０４をパターニングする。図２Ｂによって示される実施形態では、レジスト層４０４が上に形成された基板１０２は、紫外線（ＵＶ）範囲の電磁放射に曝露される。レジスト層１０４の一部が、選択的に曝露され、レジスト層１０４の一部が、選択的に、ＵＶ放射に曝露されない。図２Ｂに示されるように、ＵＶ放射に曝露されると、レジスト層１０４の選択的に曝露された部分は、構造的に弱くなり、選択的に曝露されていない部分は、それらの構造的完全性を維持する。一実施形態では、所望のパターンを有するマスク１１２が、ＵＶ放射曝露の前に、レジスト層１０４上またはレジスト層１０４に隣接して形成される。いくつかの実施形態では、マスク１１２は、レジスト層１０４とＵＶ放射源との間に配置されたレチクルである。マスク１１２は、ＵＶ放射の所望のパターンをレジスト層１０４に転写するように構成され、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＦＥＰ、ポリイミドなどを含むがこれらに限定されない任意の適切なポリマー材料で形成されている。

【0022】

［００２７］図３Ｂに示される実施形態では、レジスト層１０４が上に形成された基板１０２は、ＵＶ放射源の代わりにレーザー源３０３によって生成された電磁放射に曝露される。このように、パターニングは、マスクを使用せずに、ターゲットを絞ったレーザーアブレーションによって達成される。レーザー源３０３は、レーザー感受性レジスト層１０４のパターニングに適した任意のタイプのレーザー源であり得る。いくつかの例では、レーザー源３０３は、フェムト秒緑色レーザーである。他の例では、レーザー源３０３は、フェムト秒ＵＶレーザーである。レーザー源３０３は、レジスト層１０４をパターニングするための連続またはパルスレーザービームを生成する。例えば、レーザー源３０３は、約１００ｋＨｚから約１２００ｋＨｚの間、例えば、約２００ｋＨｚから約１０００ｋＨｚの間の周波数を有するパルスレーザービームを生成することができる。いくつかの実施形態では、工程１２０での電磁放射は、代替的または追加的に、電子ビームまたはイオンビームを含み得ることが、さらに企図される。

【0023】

［００２８］図２Ｃおよび図３Ｃに対応する工程１３０において、レジスト層１０４が上に形成された基板１０２は、マイクロブラストされて、基板１０２内に所望のパターンを形成する。マイクロブラストプロセス中、粉末粒子２０５の流れが、高圧下で基板１０２に向かって推進されて、基板１０２の露出部分および／またはその上に形成された層を取り外す。マイクロブラストプロセスは、任意の適切な基板研磨システムを使用して実行される。一実施形態では、粉末粒子２０５は、ヘリウム、アルゴン、および窒素を含むがこれらに限定されない不活性ガスの流体流を使用して推進される。別の実施形態では、粉末粒子２０５は、空気の流体流を使用して推進される。

【0024】

［００２９］マイクロブラストプロセスは、粉末粒子２０５の材料特性、基板１０２の露出表面に衝突する粉末粒子２０５の運動量、ならびに、該当する場合、レジスト層１０４の選択的に曝露された部分とともに、基板１０２の材料特性によって決定される。所望の基板パターニング特性を達成するために、粉末粒子２０５のタイプおよびサイズ、研磨システムのアプリケータノズルのサイズおよび基板１０２までの距離、粉末粒子２０５を推進するために利用される圧力、ならびに流体流中の粉末粒子２０５の密度に対して調整が行われる。例えば、所望の一定のマイクロブラストデバイスのノズルオリフィスサイズにおける、粉末粒子２０５を基板１０２に向かって推進するために使用されるキャリアガスの所望の流体圧力は、基板１０２および粉末粒子２０５の材料に基づいて決定され得る。一実施形態では、基板１０２をマイクロブラストするために利用される流体圧力は、一般に、約５０ｐｓｉから約１５０ｐｓｉの間、例えば、約７５ｐｓｉから約１２５ｐｓｉの間の範囲であり、毎秒約３００メートル（ｍ／ｓ）から約１０００ｍ／ｓの間のキャリアガスおよび粒子速度ならびに／または毎秒約０．００１立方メートル（ｍ^３／ｓ）から約０．００２ｍ^３／ｓの間の流量を達成する。例えば、マイクロブラスト中に粉末粒子２０５を推進するために利用される不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ_２）、ＣＤＡ、アルゴン）の流体圧力は、約９５ｐｓｉであり、約２３５０ｍ／ｓのキャリアガスおよび粒子速度を達成する。一実施形態では、基板１０２をマイクロブラストするために利用されるアプリケータノズルは、基板１０２から約１ｍｍ～約５ｍｍ（例えば、約２ｍｍ～約４ｍｍ）の距離に配置された、約０．１ミリメートル（ｍｍ）～約２．５ｍｍの内径を有する。例えば、アプリケータノズルは、マイクロブラストの間、基板１０２から約３ｍｍの距離に配置される。

【0025】

［００３０］一般に、マイクロブラストプロセスは、基板１０２および／またはその上に形成された任意の層との接触時に粒子が付着するのを防ぐのに十分な硬度および高融点を有する粉末粒子２０５を用いて実行される。例えば、マイクロブラストプロセスは、セラミック材料で形成された粉末粒子２０５を利用して実行される。一実施形態では、マイクロブラストプロセスで利用される粉末粒子２０５は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成されている。別の実施形態では、粉末粒子２０５は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）で形成されている。粉末粒子２０５のための他の適切な材料もまた企図される。粉末粒子２０５は、一般に、直径が約１５μｍから約６０μｍの間、例えば、直径が約２０μｍから約４０μｍの間の、サイズの範囲である。例えば、粉末粒子２０５は、直径約２７．５μｍの平均粒子サイズである。別の例では、粉末粒子２０５は、直径約２３μｍの平均粒子サイズを有する。

【0026】

［００３１］工程１２０でのマイクロブラストプロセスの有効性は、レジスト層１０４の材料特性にさらに依存する。ショアＡスケール硬度が高すぎる材料を利用すると、レジスト層１０４の側壁間で粉末粒子２０５の望ましくない跳ね返りが引き起こされ、したがって、粉末粒子２０５が基板１０２に衝突する速度が低下し、最終的に、基板１０２の露出領域を侵食または取り外す際の粉末粒子２０５の有効性を低下させる。逆に、ショアＡスケール硬度が低すぎる材料を利用すると、レジスト層１０４への粉末粒子２０５の望ましくない付着を引き起こす可能性がある。上記のように、約４０から約９０の間のショアＡスケール硬度値が、レジスト層１０４材料に利用されることが企図される。

【0027】

［００３２］レジスト層１０４が図２Ｃに示されるようなフォトレジストである実施形態では、基板１０２は、工程１３０の開始時に露出していないままである。したがって、粉末粒子２０５は、最初にレジスト層１０４の表面に衝撃を与え、ＵＶに曝露され構造的に弱められたフォトレジストの部分から材料を取り外して除去する。粉末粒子２０５は、最終的に、脆いＵＶ曝露部分を貫通して除去して、レジスト層１０４にボイドを形成し、したがって、基板１０２の所望の領域を露出させ、一方、他の領域は、フォトレジストのＵＶ非曝露部分によって遮蔽されたままである。次に、マイクロブラストは、粉末粒子２０５が基板１０２の露出領域から所望の量または深さの材料を取り外して除去するまで続けられ、こうして、基板１０２に所望のパターンを形成する。

【0028】

［００３３］図３Ｃに示されるように、レジスト層１０４がレーザーアブレーションによってパターニングされる実施形態では、基板１０２の所望の領域は、工程１３０でのマイクロブラストの前に、レジスト層１０４のボイドを通してすでに露出している。したがって、工程１３０では、マイクロブラストプロセス中に、レジスト層１０４の除去が最小限であるか、またはまったく除去されないと考えられる。一実施形態では、マイクロブラストプロセスは任意選択であり、レーザーアブレーションのみを利用して基板１０２をパターニングすることができる。

【0029】

［００３４］所望のパターンが基板１０２にマイクロブラストされた後、図２Ｄおよび図３Ｄに対応する工程１４０において、基板１０２は、エッチングプロセスに曝露される。工程１４０でのエッチングプロセスは、基板１０２の表面を滑らかにし、その上の望ましくない機械的欠陥を除去するために利用される。エッチングプロセスは、基板１０２の表面、詳細には工程１３０でマイクロブラストプロセスに曝露された表面を平坦化するために、所定の時間進行する。一態様では、工程１４０でのエッチングプロセスを利用して、工程１３０でのマイクロブラストプロセスから生じて残っている望ましくないデブリを除去する。基板１０２に付着している残った粉末粒子２０５は、工程１４０でのエッチングプロセス中に除去することができる。

【0030】

［００３５］一実施形態では、工程１４０でのエッチングプロセスは、レジスト層１０４の材料よりも基板表面を優先的にエッチングする緩衝エッチングプロセスを利用するウェットエッチングプロセスである。例えば、緩衝エッチングプロセスは、ポリビニルアルコールに対して選択的であり得る。一実施形態では、エッチングプロセスは、水性エッチングプロセスを利用するウェットエッチングプロセスである。任意の適切なウェットエッチャントまたはウェットエッチャントの組み合わせを、ウェットエッチングプロセスに使用することができる。一実施形態では、基板１０２は、エッチングのためにＨＦエッチング水溶液に浸漬される。他の実施形態では、基板１０２は、エッチングのためにＫＯＨエッチング水溶液に浸漬される。一実施形態では、エッチング溶液は、エッチングプロセス中に、約４０℃から約８０℃の間、例えば、約５０℃から約７０℃の間の温度に加熱される。例えば、エッチング溶液は、約６０℃の温度に加熱される。エッチングプロセスはさらに、等方性または異方性であり得る。一実施形態では、工程１４０でのエッチングプロセスは、ドライエッチングプロセスである。ドライエッチングプロセスの例には、プラズマベースのドライエッチングプロセスが含まれる。

【0031】

［００３６］図２Ｅおよび図３Ｅに対応する工程１５０で、基板１０２は、レジストストリッピングプロセスに曝露される。工程１５０でのストリッピングプロセスは、基板１０２からレジスト層１０４を剥離するために利用される。一実施形態では、ウェットプロセスを使用して、レジスト接着剤層１０９および／またはレジスト層１０４を溶解／可溶化することによって、基板１０２からレジスト層１０４を剥離する。レジスト接着剤層１９０および／またはレジスト層１０４を解放するために、他のタイプのエッチングプロセスがさらに企図される。一実施形態では、機械的ローリングプロセスを使用して、レジスト層１０４またはレジスト接着剤層１０９を物理的に剥がすことによって、基板１０２からレジスト層１０４を剥離する。一実施形態では、アッシングプロセスを使用して、例えば、酸素プラズマ支援プロセスを使用することによって、基板１０２からレジスト層１０４を除去する。

【0032】

［００３７］図２Ｆおよび図３Ｆに対応する工程１６０で、基板１０２は、任意選択のキャリア剥離プロセスに曝露される。キャリア剥離プロセスの利用は、基板１０２がキャリアプレート１０６に連結されているかどうか、および基板１０２をそれに連結するために利用される接着材料のタイプに依存する。上記のように、図２Ａ～図２Ｆおよび図３Ａ～図３Ｆに示されるように、基板１０２が約２００μｍ未満の厚さを有する実施形態では、基板は、基板構造化プロセス１００中の機械的支持のためにキャリアプレート１０６に連結されている。いくつかの実施形態では、基板１０２は、接着剤層１０８を介してキャリアプレート１０６に連結されている。したがって、キャリアプレート１０６に連結された基板１０２は、工程１６０で、接着剤層１０８を解放することによって、キャリアプレート１０６から基板１０２を剥離するために、キャリア剥離プロセスに曝露される。

【0033】

［００３８］一実施形態では、接着剤層１０８は、基板１０２をベークプロセスに曝露することによって解放される。一実施形態では、基板１０２は、約５０℃から約３００℃の間の温度、例えば、約１００℃から約２５０℃の間の温度に曝露される。例えば、基板１０２は、接着剤層１０８を解放するために、約１５０℃から約２００℃の間の温度、例えば約１６０℃に、所望の時間曝露される。他の実施形態では、接着剤層１０８は、基板１０２をＵＶ放射に曝露することによって解放される。

【0034】

［００３９］図２Ｆおよび図３Ｆは、方法１００の完了後の構造化された基板１０２を示している。図２Ｆおよび図３Ｆに示される基板１０２は、それを通して形成された３つの構造２２０を有する。方法１００は、様々な所望の深さ、寸法、および形状を有するパターニングされた構造２２０を基板１０２内に形成するために利用される。一実施形態では、構造２２０は、基板１０２の厚さに等しい深さを有し、したがって、基板１０２の２つの対向する表面を通る穴を形成する。一実施形態では、構造２２０は、基板１０２の厚さよりも浅い深さを有し、したがって、基板１０２の１つの表面のみに穴を形成する。例えば、基板１０２内に形成された構造２２０は、基板１０２の厚さに応じて、約１０μｍから約６００μｍの間の深さ、例えば、約２５μｍから約２００μｍの間の深さを有し得る。一実施形態では、構造２２０は、基板１０２の寸法に応じて、約２０μｍから約１５ｍｍの間（例えば、約５０μｍから約５ｍｍの間）の範囲の横方向寸法を有する。一実施形態では、基板１０２に形成された構造２２０は、回転楕円体または円錐形状を有する。別の実施形態では、基板１０２に形成された構造２２０は、直方体形状を有する。方法１００によって形成された構造２２０は、基板１０２によって許容されるような任意の所望の形状、寸法、および深さを有し得ることが企図される。

【0035】

［００４０］図４Ａ～図４Ｅは、上記の実施形態と類似の代替的な構造化シーケンス中の基板１０２の概略断面図を示している。図４Ａから図４Ｅに示される代替シーケンスは、１つの表面のみと比べて、２つの主要な対向する表面上で基板１０２をパターニングすることを含み、したがって、基板１０２の構造化中の効率の向上を可能にする。図４Ａ～図４Ｅに示される基板構造化シーケンスは、図１、図２Ａ～図２Ｆ、および図３Ａ～図３Ｆを参照して説明されたような特徴および工程の実質的に全てを含む。例えば、図４Ａは、工程１１０ならびに図２Ａおよび図３Ａに対応し、図４Ｂは、工程１２０ならびに図２Ｂおよび図３Ｂに対応し、図４Ｃは、工程１３０ならびに図２Ｃおよび図３Ｃに対応し、図４Ｄは、工程１４０ならびに図２Ｄおよび図３Ｄに対応し、図４Ｅは、工程１５０ならびに図２Ｆおよび図３Ｆに対応する。しかしながら、前の実施形態とは異なり、図４Ａ～図４Ｅに示される実施形態は、対向する表面４０５、４０７上に２つのレジスト層１０４が形成された基板１０２を含み、構造化工程が両方の表面４０５、４０７で実行されることを可能にする。

【0036】

［００４１］例えば、基板１０２の表面４０５上に形成されたレジスト層１０４を、工程１２０で、パターニングのために電磁放射に曝露した後、基板１０２は、図４Ｂに示されるように、基板１０２の反対側の表面４０７上のレジスト層１０４がパターニングのために電磁放射に曝露され得るように、任意選択で反転される（例えば、裏返される）。同様に、基板１０２の表面４０５上で工程１３０のマイクロブラストプロセスを実行した後、基板１０２は、図４Ｃに示されるように、基板１０２の反対側の表面４０７上でマイクロブラストが実行され得るように、任意選択で再び反転され得る。基板１０２の対向する表面４０５、４０７上の２つのレジスト層１０４を利用し、両方の表面に対してマイクロブラストプロセスを実行することによって、マイクロブラスト中に基板１０２の厚さ全体を通って形成された構造の先細りも、低減または排除され得る。

【0037】

［００４２］図５は、基板１０２を構造化するための別の代表的な方法５００の流れ図を示している。図６Ａ～図６Ｄは、図５の構造化プロセスの様々な段階での基板１０２の概略断面図を示している。したがって、図６Ａ～図６Ｄへの参照が、必要に応じて図５および方法５００の説明に含まれる。上記の方法と同様に、基板１０２を構造化するための方法５００は、複数の工程を有する。工程は、任意の順序でまたは同時に実行でき（コンテキストが可能性を除外する場合を除く）、方法は、定義された工程のいずれかの前、２つの定義された工程の間、または全ての定義された工程の後に実行される１つ以上の他の工程を含むことができる（コンテキストが可能性を除外する場合を除く）。

【0038】

［００４３］一般に、方法５００は、工程５１０で、レーザーアブレーションシステムのスタンド６０６上に基板１０２を配置することを含む。いくつかの実施形態では、基板１０２は、スタンド６０６上に配置する前に、任意選択でキャリアプレートに連結される。工程５２０で、基板１０２は、基板１０２をパターニングし、その中に所望のフィーチャを形成するために、レーザー放射に曝露される。工程５３０で、基板１０２は、レーザーパターニングによって引き起こされたデブリおよび表面マイクロクラックを除去するためにエッチングプロセスに曝露される。基板１０２がキャリアプレートに連結されている実施形態では、基板１０２は、エッチングプロセスを実行すると、さらに、キャリアプレートから剥離される。

【0039】

［００４４］図６Ａに示され、工程５１０に対応するように、ソーラー基板などの基板１０２は、レーザーアブレーションシステム（図示せず）のスタンド６０６上に配置される。スタンド６０６は、レーザーアブレーション中に基板１０２に機械的支持を提供するための任意の適切な剛性で平面の表面であり得る。いくつかの実施形態では、スタンド６０６は、基板１０２をスタンド６０６に静電チャッキングするための静電チャックを含む。いくつかの実施形態では、スタンド６０６は、基板１０２をスタンド６０６に真空チャッキングするための真空チャックを含む。

【0040】

［００４５］基板１０２をスタンド６０６上に配置した後、図６Ｂに示され、工程５２０に対応するように、レーザーアブレーションによって基板１０２内に所望のパターンが形成される。レーザーアブレーションシステムは、基板１０２をパターニングするための任意の適切なタイプのレーザー源６０３を含み得る。いくつかの例では、レーザー源６０３は、赤外線（ＩＲ）レーザーである。いくつかの例では、レーザー源６０３は、ピコ秒ＵＶレーザーである。他の例では、レーザー源６０３は、フェムト秒ＵＶレーザーである。さらに他の例では、レーザー源６０３は、フェムト秒緑色レーザーである。レーザー源６０３は、基板１０２をパターニングするための連続またはパルスレーザービーム６０７を生成する。例えば、レーザー源６０３は、１００ｋＨｚから１２００ｋＨｚの間、例えば、２００ｋＨｚから約１０００ｋＨｚの間の周波数を有するパルスレーザービーム６０７を生成することができる。レーザー源６０３は、キャビティおよびビアを含む任意の所望のパターンおよびフィーチャを、基板１０２内に形成するように構成される。

【0041】

［００４６］マイクロブラストと同様に、基板１０２の直接レーザーパターニングのプロセスは、チッピングおよびクラッキングを含む望ましくない機械的欠陥を、基板１０２の表面に引き起こす可能性がある。したがって、直接レーザーパターニングによって基板１０２に所望のフィーチャを形成した後、工程５３０で、基板１０２は、工程１４０を参照して説明したエッチングプロセスと実質的に同様のエッチングプロセスに曝露されて、残っているデブリを除去し、基板１０２の表面を滑らかにする。図６Ｃ～図６Ｄは、エッチングプロセスを実行する前後の基板１０２を示し、エッチングプロセスは、３つのフィーチャ６２０（例えば、ビア）が形成された構造化された基板１０２で終了する。

【0042】

［００４７］本明細書に記載の実施形態は、高度な集積回路パッケージングのための基板構造化の改善された方法を有利に提供する。上記の方法を利用することにより、製造コストを大幅に削減して、ガラスおよび／またはシリコン基板上に高アスペクト比のフィーチャを形成することができ、これは、シリコンインターポーザの安価な代替物として利用できる。

【0043】

［００４８］上記は、本開示の実施形態に向けられているが、本開示の他のさらなる実施形態が、その基本的な範囲から逸脱することなく考案されることができ、その範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2A-2F】

【図3A-3F】

【図4A-4E】

【図5】

【図6A-6D】

【手続補正書】

【提出日】2022-01-24

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板構造化のための方法であって、
第１の接着剤層を介して基板をキャリアプレートに接合することと、
前記基板上にレジスト層を形成することであって、第２の接着剤層を介して前記基板に接合されたレジスト層を形成することと、
電磁放射を介して前記レジスト層をパターニングすることと、
パターニングされた前記レジスト層に対して粉末粒子の流れを推進することによって、前記基板をパターニングして、構造化されたパターンをその中に形成することと、
前記基板をエッチングプロセスに曝露して、前記基板内の前記構造化されたパターンからデブリを除去し、さらに前記基板の１つ以上の表面を滑らかにすることと、
前記第２の接着剤層を剥離することによって、前記レジスト層を前記基板からデボンディングすることと、
前記第１の接着剤層を剥離することによって、前記基板を前記キャリアプレートからデボンディングすることと、
を含む方法。

【請求項2】

前記基板が、単結晶ｐ型シリコン基板である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記基板が、シリコンソーラー基板である、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記基板が、約２００μｍ未満の厚さを有する、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記レジスト層が、レーザーアブレーションによってパターニングされる、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記粉末粒子が、セラミック材料を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記粉末粒子が、酸化アルミニウムを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記粉末粒子が、炭化ケイ素を含む、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記粉末粒子が、約１５μｍから約４０μｍの間の直径を有する、請求項６に記載の方法。

【請求項10】

粉末粒子の前記流れを推進するために利用される流体圧力が、約５０ｐｓｉから約１５０ｐｓｉの間である、請求項６に記載の方法。

【請求項11】

基板構造化のための方法であって、
シリコンソーラー基板上にレジスト層を形成することと、
前記レジスト層を電磁放射に曝露することによって、前記レジスト層をパターニングすることと、
高圧下で粉末粒子の流れを前記基板に向かって推進して、前記基板から材料を取り外して除去し、構造化されたパターンを前記基板内に形成することと、
前記基板をエッチングプロセスに曝露して、前記基板内の前記構造化されたパターンからデブリを除去し、さらに前記基板の１つ以上の表面を滑らかにすることと、
を含む方法。

【請求項12】

前記基板が、単結晶シリコンソーラー基板である、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記粉末粒子が、約２０μｍから約３５μｍの間の直径を有する、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

基板構造化のための方法であって、
基板の第１の表面上に第１のレジスト層を形成することであって、第１の接着剤層を介して前記基板に接合された第１のレジスト層を形成することと、
前記基板の第２の表面であって、前記基板が、前記第１の表面と第２の表面との間に延びる厚さを備える、第２の表面上に第２のレジスト層を形成することであって、第２の接着剤層を介して前記基板に接合された第２のレジスト層を形成することと、
前記第１のレジスト層をパターニングすることと、
前記第２のレジスト層をパターニングすることと、
粉末粒子を前記基板の前記第１の表面に対して推進して、前記基板の前記第１の表面内に１つ以上のパターニングされた構造を形成することと、
粉末粒子を前記基板の前記第２の表面に対して推進して、前記１つ以上のパターニングされた構造を、前記基板の前記厚さにわたって拡大させることと、
前記基板をエッチングプロセスに曝露して、前記基板からデブリを除去し、さらに前記基板の１つ以上の表面を滑らかにすることと、
を含む方法。

【請求項15】

前記第１のレジスト層および前記第２のレジスト層が、レーザーアブレーションによってパターニングされる、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記レジスト層が、マスクを通ったＵＶ放射への選択的曝露によってパターニングされるフォトレジストである、請求項１に記載の方法。

【請求項17】

前記レジスト層が、約４０から約９０の間のショアＡスケール硬度値を有する、請求項６に記載の方法。

【請求項18】

前記粉末粒子が、ヘリウム、アルゴン、または窒素を含む不活性ガスの流体流で推進される、請求項１０に記載の方法。

【請求項19】

前記粉末粒子が、酸化アルミニウムを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項20】

前記粉末粒子が、炭化ケイ素を含む、請求項１３に記載の方法。

【国際調査報告】