JP6013831B2

JP6013831B2 - ウエーハの加工方法

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Publication number: JP6013831B2
Application number: JP2012182726A
Authority: JP
Inventors: 溝本　康隆; 康隆溝本
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2032-08-21
Also published as: JP2014041885A

Description

本発明は、Ｖｉａ電極が埋設されたウエーハの加工方法に関する。

近年新たな３次元実装技術として複数の半導体チップを積層し、積層した半導体チップを貫く貫通電極（Ｖｉａ電極）を形成して半導体チップ同士を接続する積層技術や、複数の半導体ウエーハ同士を積層し、積層した半導体ウエーハを貫く貫通電極を形成して半導体ウエーハ同士を接続する積層技術（ＴＳＶ：Through Silicon Via）が開発されつつある（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００４−２０７６０６号公報特開２００５−１３６１８７号公報

しかし、ＴＳＶプロセスにおいて、ウエーハをサブストレートに樹脂で貼着する際にウエーハの外周から樹脂がはみ出し、エッチング工程においてはみ出した樹脂がエッチング時に飛散しウエーハ表面に付着してしまうという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、エッチング工程における樹脂の飛散を抑制するために、はみ出した樹脂を除去するためのウエーハの加工方法を提供することである。

上述した課題を解決し目的を達成するために、請求項１記載の本発明に係るウエーハの加工方法は、半導体基板の表面に複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され、デバイスの電極から半導体基板の裏面に向かって埋設されたＶｉａ電極を有するデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域に面取り部を備えたウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、外周余剰領域に切削ブレードを位置づけて所定の深さ切削し面取り部を除去する面取り部除去工程と、ウエーハの表面に樹脂を介してキャリアプレートを配設するキャリアプレート配設工程と、ウエーハの裏面からＶｉａ電極の深さを検出するＶｉａ電極検出工程と、Ｖｉａ電極が裏面に露出しない程度にウエーハの裏面を研削して薄化する裏面研削工程と、ウエーハの裏面から半導体基板をエッチングしてＶｉａ電極を突出させるエッチング工程と、ウエーハの裏面に絶縁膜を被覆する絶縁膜被覆工程と、裏面から突出したＶｉａ電極を削り絶縁膜から露出させると共にＶｉａ電極の頭を絶縁膜と同一面に仕上げる仕上げ工程と、Ｖｉａ電極の頭にバンプを配設するバンプ配設工程と、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着すると共にウエーハの表面からキャリアプレートを取り外しウエーハをダイシングテープに移し替える移し替え工程と、を少なくとも含み、該裏面研削工程の後でかつ該エッチング工程の前に、該キャリアプレート配設工程において使用した樹脂の一部が面取り部が除去されたウエーハの外周からはみ出していて、ウエーハの外周を支持しウエーハの裏面およびキャリアプレートの裏面を洗浄する洗浄装置を用いた洗浄工程において、砥石が設けられかつ軸心回りに回転自在な該洗浄装置の複数のエッジクランプ間に該ウエーハを挟み込み、少なくともそのはみ出した樹脂を該砥石に当接させて除去することを特徴とする。

本発明は、エッチング工程の前に少なくともウエーハの外周からはみ出した樹脂を除去するため、エッチング工程においてウエーハに貼着された樹脂が飛散することを抑制できる。

また、エッチング工程の前の洗浄工程において、少なくともウエーハの外周からはみ出した樹脂を除去するため、はみ出した樹脂を除去するために別途専用の工程を設ける必要が無く、生産性も低下することはない。

図１は、実施形態に係るウエーハの加工方法により加工されるウエーハを示す図である。図２は、実施形態に係るウエーハの加工方法の面取り部除去工程を示す断面図である。図３は、実施形態に係るウエーハの加工方法のキャリアプレート配設工程を示す断面図である。図４は、実施形態に係るウエーハの加工方法のＶｉａ電極検出工程を示す断面図である。図５は、実施形態に係るウエーハの加工方法の裏面研削工程を示す断面図である。図６は、実施形態に係るウエーハの加工方法の洗浄工程を示す断面図である。図７は、実施形態に係るウエーハの加工方法のエッチング工程を示す断面図である。図８は、実施形態に係るウエーハの加工方法の絶縁膜被覆工程を示す断面図である。図９は、実施形態に係るウエーハの加工方法の仕上げ工程を示す断面図である。図１０は、実施形態に係るウエーハの加工方法のバンプ配設工程を示す断面図である。図１１は、実施形態に係るウエーハの加工方法の移し替え工程を示す断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

本実施形態に係るウエーハの加工方法（以下、単に加工方法と呼ぶ）を、図１から図１１に基づいて説明する。図１（ａ）は、実施形態に係る加工方法により加工されるウエーハを示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図であり、図２は、図１（ａ）に示されたウエーハの面取り部を除去する面取り部除去工程の概要を示す断面図であり、図３は、図２に示されたウエーハにキャリアプレートが取り付けられるキャリアプレート配設工程の概要を示す断面図であり、図４は、図３に示されたウエーハのＶｉａ電極の深さを検出するＶｉａ電極検出工程の概要を示す断面図であり、図５は、図４に示されたキャリアプレートが配設されたウエーハの裏面に研削を施す裏面研削工程の概要を示す断面図であり、図６は、図５に示されたウエーハの裏面及びキャリアプレートを洗浄する洗浄工程の概要を示す断面図であり、図７は、図６に示されたウエーハの裏面にエッチングを施すエッチング工程の概要を示す断面図であり、図８は、図７に示されたウエーハの裏面に絶縁膜を被覆する絶縁膜被覆工程の概要を示す断面図であり、図９は、図８に示されたウエーハのＶｉａ電極の頭を露出させる仕上げ工程の概要を示す断面図であり、図１０は、図９に示されたウエーハのＶｉａ電極の頭にバンプを配設するバンプ配設工程の概要を示す断面図であり、図１１は、図１０に示されたウエーハをダイシングテープに移し替える移し替え工程の概要を示す断面図である。

本実施形態に係る加工方法は、図１に示すウエーハＷを個々のデバイスＤに分割する加工方法である。

なお、本実施形態に係る加工方法により個々のデバイスＤに分割される加工対象としてのウエーハＷ（半導体基板に相当）は、本実施形態では、シリコン、サファイア、ガリウムなどを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハである。ウエーハＷは、図１（ａ）に示すように、表面ＷＳに複数のデバイスＤが分割予定ラインＳによって区画されている。また、ウエーハＷは、図１（ｂ）に示すように、デバイスＤの電極から裏面ＷＲに向かって埋設されたＶｉａ電極Ｅを有するデバイス領域ＤＲと、図１（ａ）に示すように、デバイス領域ＤＲを囲繞する外周余剰領域ＧＲに面取り部Ｃを備えている。Ｖｉａ電極Ｅは、銅などの金属で構成され、ウエーハＷの表面ＷＳ側に端面が露出し、ウエーハＷの厚み方向の中央まで、表面ＷＳから裏面ＷＲに向かって埋設されている。

本実施形態に係る加工方法は、面取り部除去工程と、キャリアプレート配設工程と、Ｖｉａ電極検出工程と、裏面研削工程と、エッチング工程と、絶縁膜被覆工程と、仕上げ工程と、バンプ配設工程と、移し替え工程と、を少なくとも含んでいる。

本実施形態に係る加工方法は、まず、面取り部除去工程において、図２に示すように、ウエーハＷの裏面ＷＲを切削装置１のチャックテーブル２に載置し、チャックテーブル２にウエーハＷを保持する。そして、切削装置１のチャックテーブル２をウエーハＷとともに軸心回りに回転させ、切削装置１の図示しないスピンドルにより切削ブレード３を回転させる。そして、外周余剰領域ＧＲ上に切削ブレード３を位置付けて、切削ブレード３を所定の深さ降下させて、ウエーハＷの外周部を所定の深さ切削し、面取り部Ｃを除去する。なお、本実施形態では、面取り部Ｃは、表面ＷＳ側から当該面取り部Ｃの厚みの半分程除去され、本発明では、面取り部除去工程では、面取り部Ｃの少なくとも一部を除去すれば良い。そして、キャリアプレート配設工程に進む。

キャリアプレート配設工程では、図３に示すように、ウエーハＷの表面ＷＳに粘着性を有する樹脂Ｊを貼着し、さらに樹脂ＪにキャリアプレートＰを貼着する。こうして、ウエーハＷの表面ＷＳに樹脂Ｊを介してキャリアプレートＰを配設する。なお、樹脂Ｊを構成する材質としては、例えば、紫外線が照射されると硬化するＵＶ硬化型や加熱されると硬化するエポキシ樹脂やアクリル樹脂が用いられ、キャリアプレートＰは、外径が面取り除去工程後のウエーハＷの外径と略等しい円板状に形成されている。また、ウエーハＷの表面ＷＳに樹脂Ｊを介してキャリアプレートＰが配設された際には、図３に示すように、樹脂Ｊのうちの一部の樹脂Ｊ（はみ出した樹脂を他の樹脂と区別して、以下符号ＪＡで示す）が、面取り部Ｃが除去された後のウエーハＷの外周からはみ出している。そして、Ｖｉａ電極検出工程に進む。

Ｖｉａ電極検出工程では、図４に示すように、ウエーハＷに樹脂Ｊを介して配設されたキャリアプレートＰを電極検出装置１０のチャックテーブル１１に載置し、チャックテーブル１１にウエーハＷを保持する。そして、電極検出装置１０のスキャナ部１２からウエーハＷを透過する近赤外光又は赤外光などをウエーハＷの裏面ＷＲに向けて照射し、ウエーハＷの表面ＷＳ、Ｖｉａ電極Ｅの裏面ＷＲ側の端面Ｅａ、ウエーハＷの裏面ＷＲから反射された光を受光しつつ、スキャナ部１２を裏面ＷＲに沿って移動させる。そして、ウエーハＷの屈折率等に基づいて、ウエーハＷの裏面ＷＲからのＶｉａ電極Ｅの裏面ＷＲ側の端面Ｅａの深さＨを検出する。そして、裏面研削工程に進む。

裏面研削工程では、図５に示すように、ウエーハＷに樹脂Ｊを介して配設されたキャリアプレートＰを、研削装置２０のチャックテーブル２１に載置し、チャックテーブル２１にウエーハＷを保持する。そして、研削装置２０のチャックテーブル２１をウエーハＷとともに軸心回りに回転させ、研削装置２０の研削砥石２２をチャックテーブル２１と同方向に軸心回りに回転させながらウエーハＷの裏面ＷＲに接触させる。そして、Ｖｉａ電極検出工程において検出したＶｉａ電極Ｅの裏面ＷＲ側の端面Ｅａの深さＨに基づいて、Ｖｉａ電極Ｅの端面Ｅａが露出しない程度に、研削砥石２２を所定の送り速度で下方に所定量研削送りして、ウエーハＷの裏面ＷＲを研削砥石２２により研削し、ウエーハＷを薄化する。そして、ウエーハＷの厚みを半分程除去して、面取り部Ｃを除去する。

エッチング工程では、裏面研削工程により研削加工が施されたウエーハＷの裏面ＷＲ側をプラズマエッチングなどのエッチングを行い、ウエーハＷの裏面ＷＲを溶解侵食、食刻する。そして、図７に示すように、Ｖｉａ電極Ｅの端面ＥａをウエーハＷの裏面ＷＲよりも突出させる。そして、絶縁膜被覆工程に進む。

絶縁膜被覆工程では、図８に示すように、ウエーハＷの裏面ＷＲに、該裏面ＷＲ及びＶｉａ電極Ｅの端面Ｅａを被覆する絶縁膜Ｚを被覆する。なお、絶縁膜Ｚの厚みは、一様である。そして、仕上げ工程に進む。

仕上げ工程では、図９に示すように、ウエーハＷに樹脂Ｊを介して配設されたキャリアプレートＰを、研削装置３０のチャックテーブル３１に載置し、チャックテーブル３１にウエーハＷを保持する。そして、研削装置３０のチャックテーブル３１をウエーハＷとともに軸心回りに回転させ、研削装置３０の研削砥石３２をチャックテーブル３１と同方向に軸心回りに回転させながらウエーハＷの裏面ＷＲを被覆した絶縁膜Ｚに接触させる。研削砥石３２を所定の送り速度で下方に所定量研削送りして、Ｖｉａ電極Ｅの端面Ｅａ上の絶縁膜Ｚ、裏面ＷＲから突出したＶｉａ電極Ｅを研削砥石３２により研削して絶縁膜Ｚから露出させると共にＶｉａ電極Ｅの頭Ｅｂを絶縁膜Ｚと同一面に仕上げる。なお、仕上げ工程に用いる研削装置３０は、裏面研削工程で用いられる研削装置２０と同一であっても良く、異なっていても良く、構成の一部が同一で残りが異なるものであっても良い。そして、バンプ配設工程に進む。

バンプ配設工程では、図１０に示すように、各Ｖｉａ電極Ｅの頭ＥｂにバンプＶを配設する。そして、移し替え工程に進む。移し替え工程では、ウエーハＷをキャリアプレートＰ毎反転させ、ウエーハＷの裏面ＷＲに、外縁部に環状フレームＦが貼着されたダイシングテープＴを、バンプＶを介して貼着する。そして、樹脂Ｊを硬化させるなどして、図１１に示すように、ウエーハＷの表面ＷＳからキャリアプレートＰを樹脂Ｊとともに取り外し、ウエーハＷをキャリアプレートＰからダイシングテープＴに移し替える。その後、切削加工やレーザー加工等によりウエーハＷを個々のデバイスＤに分割する。

また、本実施形態の加工方法は、洗浄工程が含まれる。洗浄工程は、裏面研削工程の後でかつエッチング工程の前に実行される。洗浄工程では、図６に示すように、洗浄装置４０の複数の軸心回りに回転自在なエッジクランプ４１間に、樹脂Ｊを介してキャリアプレートＰが配設されたウエーハＷを、ウエーハＷが上側、キャリアプレートＰが下側に位置するように挟み込む。すると、キャリアプレート配設工程において使用した樹脂Ｊのうちの面取りされたウエーハＷの外周からはみ出している樹脂ＪＡ（樹脂の一部に相当）が、エッジクランプ４１の軸心方向の中央の外周面に設けられた砥石４２に当接する。こうして、洗浄工程では、複数（本実施形態では三つ）のエッジクランプ４１間にウエーハＷを挟みこんで、ウエーハＷの外周を支持する。

そして、複数のエッジクランプ４１のうちの一つのエッジクランプ４１をモータ４３により軸心回りに回転させる。すると、一つのエッジクランプ４１の回転によりウエーハＷが回転し、残りエッジクランプ４１もウエーハＷの回転により連れ回りする。また、洗浄装置４０のウエーハＷの上方に配設された洗浄液噴射ノズル４４から例えば純水などの洗浄液４５をウエーハＷの裏面ＷＲに向けて噴出し、洗浄装置４０のウエーハＷの下方に配設された洗浄ローラ４６を回転させながらキャリアプレートＰの裏面Ｐａに接触させる。すると、ウエーハＷの回転による遠心力により、ウエーハＷに向けて噴射された洗浄液４５が、ウエーハＷ上を外周方向に流れて、ウエーハＷの裏面ＷＲなどに付着したコンタミとともにウエーハＷ上から流れ落ち、ウエーハＷの裏面ＷＲを洗浄する。

また、洗浄装置４０は、洗浄ローラ４６に複数の洗浄水供給口（図示していない）を有しており、これらの洗浄水供給口から洗浄水が噴射され、洗浄ローラ４６によりキャリアプレートＰの裏面Ｐａを洗浄する。さらに、モータ４３により直接回転されずにウエーハＷと連れ回りするエッジクランプ４１とウエーハＷの回転速度差により、砥石４２が樹脂ＪＡを研削し、このウエーハＷの外周からはみ出した樹脂ＪＡを削り取って、除去する。所定時間、洗浄装置４０による洗浄を行なうと、エッチング工程に進む。なお、ウエーハＷと連れ回りするエッジクランプ４１とウエーハＷの回転速度差を生じさせるために、モータ４３により回転されずにウエーハＷと連れ回りするエッジクランプ４１の回転を抑制する回転抑制手段を設けても良い。

以上のように、本実施形態に係る加工方法は、エッチング工程の前にウエーハＷの外周からはみ出した樹脂ＪＡを除去するため、エッチング工程においてウエーハＷに貼着された樹脂Ｊが飛散することを抑制できる。

また、ウエーハＷを洗浄する洗浄工程において、ウエーハＷの外周からはみ出した樹脂ＪＡを除去するので、はみ出した樹脂ＪＡを除去するために別途専用の工程を行なう必要が無く、生産性も低下することはない。さらに、洗浄装置４０が洗浄工程において、ウエーハＷの外周からはみ出した樹脂ＪＡを除去するので、はみ出した樹脂ＪＡを除去するために別途専用の樹脂除去装置を設ける必要が無く、コストの高騰を抑制できる。

本実施形態に係る加工方法では、面取り部除去工程において面取りされたウエーハＷの外周からはみ出した樹脂ＪＡを除去しているが、ウエーハＷとキャリアプレートＰとが位置ずれしない範囲において樹脂ＪのうちのウエーハＷの外周からはみ出すことなくウエーハＷとキャリアプレートＰとで挟まれた樹脂Ｊの外周部を除去しても良い。要するに、本発明では、洗浄工程において、少なくともウエーハＷの外周からはみ出した樹脂ＪＡを除去すれば良い。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

３切削ブレード
Ｗウエーハ（半導体基板）
ＷＳ表面
ＷＲ裏面
Ｊ，ＪＡ樹脂
Ｐキャリアプレート
Ｐａ裏面
Ｄデバイス
Ｓ分割予定ライン
ＥＶｉａ電極
Ｅｂ頭
Ｈ深さ
ＤＲデバイス領域
ＧＲ外周余剰領域
Ｃ面取り部
Ｔダイシングテープ
Ｖバンプ
Ｚ絶縁膜

Claims

半導体基板の表面に複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され、デバイスの電極から半導体基板の裏面に向かって埋設されたＶｉａ電極を有するデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域に面取り部を備えたウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、
外周余剰領域に切削ブレードを位置づけて所定の深さ切削し面取り部を除去する面取り部除去工程と、
ウエーハの表面に樹脂を介してキャリアプレートを配設するキャリアプレート配設工程と、
ウエーハの裏面からＶｉａ電極の深さを検出するＶｉａ電極検出工程と、
Ｖｉａ電極が裏面に露出しない程度にウエーハの裏面を研削して薄化する裏面研削工程と、
ウエーハの裏面から半導体基板をエッチングしてＶｉａ電極を突出させるエッチング工程と、
ウエーハの裏面に絶縁膜を被覆する絶縁膜被覆工程と、
裏面から突出したＶｉａ電極を削り絶縁膜から露出させると共にＶｉａ電極の頭を絶縁膜と同一面に仕上げる仕上げ工程と、
Ｖｉａ電極の頭にバンプを配設するバンプ配設工程と、
ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着すると共にウエーハの表面からキャリアプレートを取り外しウエーハをダイシングテープに移し替える移し替え工程と、
を少なくとも含み、
該裏面研削工程の後でかつ該エッチング工程の前に、該キャリアプレート配設工程において使用した樹脂の一部が面取り部が除去されたウエーハの外周からはみ出していて、ウエーハの外周を支持しウエーハの裏面およびキャリアプレートの裏面を洗浄する洗浄装置を用いた洗浄工程において、砥石が設けられかつ軸心回りに回転自在な該洗浄装置の複数のエッジクランプ間に該ウエーハを挟み込み、少なくともそのはみ出した樹脂を該砥石に当接させて除去するウエーハの加工方法。