JP2009010178A - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貫通電極を有する半導体チップ等のデバイス製造過程において、デバイスに個片化される前の薄いウェーハの剛性を確保する。また、ウェーハの段階で、裏面に露出する貫通電極の頂部の周囲に絶縁膜が形成された状態を容易、かつ確実に得る。
【解決手段】ウェーハ１を裏面研削する際、半導体チップ３が形成されたデバイス形成領域４に対応する領域のみを研削して薄化し、裏面側に凹部１１を形成する。凹部１１の周囲の環状凸部１２によってウェーハ１の剛性を確保する。次に、凹部１１にエッチングを施して金属電極８を凹部１１の底面１１ａから突出させて裏面側電極部８ａを形成し、さらに、凹部１１内に絶縁膜１５を形成してから、絶縁膜１５および裏面側電極部８ａの端面を切削する。
【選択図】図２

Description

本発明は、貫通する金属電極を備えた半導体チップ等のデバイスが複数形成されたウェーハからデバイスを得るにあたってウェーハに施される加工の方法に関する。

近年の半導体デバイス技術においては、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チップを積層した積層型の半導体パッケージが、高密度化や小型化・薄型化を達成する上で有効に利用されている。そのような半導体パッケージの製造方法としては、インターポーザと呼ばれるパッケージ基板上に半導体チップを積層し、インターポーザと半導体チップの電極どうし、あるいは複数積層した半導体チップの電極どうしを、金線ワイヤで電気的に結線した後、半導体チップをインターポーザに樹脂モールドするといった方法がある。

ところがこの方法では、金線ワイヤによる結線はモールド用の樹脂を封入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破損を招いたりするという問題点があった。そこで、半導体チップに、厚さ方向に貫通して自身の電極に導通する貫通電極を設け、半導体チップの積層と同時に貫通電極を接合させて電気的に結線する技術が開発された（特許文献１，２等）。

特開２００５−１３６１８７号公報 特開２００６−０１２８８９号公報

貫通電極で結線される半導体チップは、個片化される前の集合体である半導体ウェーハが裏面研削加工されて薄化されることにより、半導体チップに対応して予め形成されている貫通電極が裏面側に露出し、さらに裏面がプラズマエッチング等によって僅かの厚さ除去されることにより、貫通電極はウェーハ裏面から突出させられる。このように突出状態とされることにより、相手側の被積層体の電極に対して積層時に確実に電気的に導通するように結線されるのである。ところが、上記のように小型化・薄型化を図るために半導体ウェーハはきわめて薄く加工されるため、薄化後におけるエッチング工程への移送やその後の分割工程への移送などにおいての半導体ウェーハのハンドリングが困難であり、また、割れやすいため、歩留まりが低下するといった課題があった。

また、半導体チップを積層する際には、電極を除いた相手側の被積層体との間に絶縁膜を介在させることが求められ、そのためには、ウェーハの段階で、ウェーハの裏面に突出している電極の周囲を埋めるようにして、裏面に樹脂が被覆される。樹脂としては、ＤＡＦ（Die Attach Film）等の積層接合用の粘着性を有するものや、あるいは、常温で粘着性はないが積層時に加熱することによって粘着性が生じる熱可塑性のものなどが適宜に選択される。

上記特許文献１には、ウェーハ裏面に、電極部を被覆しない厚さに樹脂を塗布して絶縁膜を形成するといった方法が開示されている（特許文献：段落００７０）。ところが、例えば樹脂膜の形成法で一般的なスピンコート法を絶縁膜形成に採用した場合、樹脂は電極の頂部を乗り越えていくので、結果として電極が樹脂で被覆されてしまい、導通不良を招く可能性がある。このように、ウェーハ裏面に対して、電極の頂部が露出する状態を確保するようにして樹脂を所定の厚さに形成することは困難であり、実用的ではないことが推測される。

よって本発明は、貫通電極を有する半導体チップ等のデバイス製造過程において、デバイスに個片化される前のウェーハが薄化された後の剛性を確保し、薄いウェーハのハンドリングを容易として工程間を円滑に移送させることができ、また、ウェーハの段階で、裏面に露出する貫通電極の頂部の周囲に絶縁膜が形成された状態を容易、かつ確実に得ることができ、これらのことから生産性や歩留まりの向上が図られるウェーハの加工方法を提供することを目的としている。

本発明は、表面に複数のデバイスが形成された略円形状のデバイス形成領域と、該デバイス形成領域を囲繞する外周余剰領域とを有し、デバイス形成領域には、複数の金属電極がデバイスの表面から少なくともデバイス厚さと同等以上の深さに埋設されているウェーハの加工方法であって、ウェーハの表面側に保護テープを貼着する保護テープ貼着工程と、該ウェーハの裏面の、デバイス形成領域に対応する領域のみを研削加工して薄化することにより、該裏面側に略円形状の凹部を形成するとともに、外周余剰領域に裏面側に突出する環状凸部を形成する裏面凹部形成工程と、凹部にエッチングを施して、研削加工によって該凹部に付与された機械的ダメージを除去するとともに、露出した金属電極を凹部底面から突出させて裏面側電極部を形成するエッチング工程と、凹部に樹脂を塗布して絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、絶縁膜と凹部底面から突出した裏面側電極部とを、バイトを用いた切削加工によって平坦化する裏面凹部切削工程とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、裏面凹部形成工程で、薄化が必要とされるデバイス形成領域のみに対応した裏面部分を研削加工して薄化し、その周囲の外周余剰領域は元の厚さのまま残して環状凸部を形成することにより、薄化はされたが、剛性は環状凸部によって確保されたウェーハが得られる。このため、裏面凹部形成工程の後の各工程間の移送や、それらの工程自体におけるハンドリングが安全、かつ容易となり、ウェーハが割れることによる歩留まりの低下を防止することができる。また、本発明での最後の工程である裏面凹部切削工程を終えた後のウェーハは、各デバイスに分割される分割工程に移されるが、その際のウェーハの移送や分割作業も、同様に安全、かつ容易に進めることができ、結果としてデバイスの生産性や歩留まりの向上を図ることができる。

本発明では、エッチング工程によってウェーハ裏面の凹部底面から金属電極を突出させて裏面側電極部を形成することにより、金属電極は貫通電極となる。そして、この後の絶縁膜形成工程で凹部に樹脂を塗布して絶縁膜を形成してから、この絶縁膜と裏面側電極とを切削加工して平坦化することにより、ウェーハ裏面は、貫通電極の頂部の周囲に絶縁膜が形成された状態となる。本発明によれば、貫通電極（裏面側電極部）が突出している裏面に樹脂を塗布するだけではなく、樹脂を塗布した後に、その樹脂を裏面側電極部と一括して切削加工して平坦化するものである。このため、裏面側電極部は確実に露出し、かつ、その周囲に面一に絶縁膜が形成され、その結果、デバイスとして実装された際の導通不良を防止することができる。

本発明の裏面凹部切削工程で行う切削加工は、ウェーハを、凹部の中心を回転軸心として回転させながら、回転軸がウェーハの回転軸と平行で、凹部の半径に略等しい回転軌跡を有するバイトを、その回転軌跡が該凹部の中心に一致するように位置付けて、ウェーハとバイトとを回転させながら、バイトを絶縁膜および裏面側電極部に押し当てて切削するといった、いわゆるウェーハを自転させながら、回転するバイトを被切削面に作用させるインフィード切削加工が好適に採用される。

本発明によれば、裏面研削によるウェーハの薄化を、デバイス形成領域に対応する領域のみに行って周囲の外周余剰領域を厚い環状凸部に形成することにより、ウェーハの剛性を確保することができ、その結果、薄いウェーハのハンドリングを容易として工程間を円滑に移送させることができる。また、露出した裏面側電極部の頂部の周囲に絶縁膜を形成した状態のウェーハ裏面を確実に形成することができる。これらの結果、生産性や歩留まりの向上が図られるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］半導体ウェーハ
図１の符号１は、半導体チップの素材である円盤状の半導体ウェーハを示している。このウェーハ１はシリコンウェーハ等であって、厚さは例えば６００μｍ程度のものである。ウェーハ１の表面には、格子状の分割予定ライン２によって複数の矩形状の半導体チップ（デバイス）３が区画されている。これら半導体チップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。

複数の半導体チップ３は、ウェーハ１と同心の概ね円形状のデバイス形成領域４に形成されている。デバイス形成領域４はウェーハ１の大部分を占めており、このデバイス形成領域４の周囲であってウェーハ１の外周部が、半導体チップ３が形成されない環状の外周余剰領域５とされている。また、ウェーハ１の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状の切欠き（ノッチ）６が形成されている。このノッチ６は、外周余剰領域５内に形成されている。図１の右側の拡大図に示すように、各半導体チップ３の表面には、複数のバンプ７が形成されている。バンプ７は突起状の外部接続用電極部であり、図２（ｃ）に示すように、半導体チップ３内の電極部に導通する金属電極８の先端に付着されている。

以下、ウェーハ１に金属電極８およびバンプ７を形成してから、ウェーハ１を薄化加工し、ウェーハ１の裏面に金属電極８の端部を露出させて貫通電極とするとともに、その貫通電極の周囲に絶縁膜を設けるまでのウェーハの加工方法を説明する。

［２］金属電極およびバンプの形成
金属電極８およびバンプ７は、次のようにして形成される。まず、図２（ａ）で示すウェーハ１の表面に、図２（ｂ）に示すように複数の金属電極８を埋設する。金属電極８は、ウェーハ１の表面とほぼ面一で、かつ、半導体チップ３の厚さｔよりも僅かに深く形成されている。これら金属電極８は、ウェーハ１の表面に穿孔したビアホール９の内面に絶縁膜を形成し、このビアホール９内に、銅等の電極用金属を埋設して形成される。ビアホール９は、レジストパターンでマスクを形成したウェーハ１の表面にプラズマエッチングを施す方法等によって形成される。金属電極８はＣＶＤ法等によってビアホール９内に形成される。

次に、図２（ｃ）に示すようにウェーハ１の表面に露出する金属電極８の端面に、上記バンプ７を付着させる。バンプ７は、溶融金属を金属電極８の露出面に接触させる方法で付着される。このため、図３（ａ）に示すようにバンプ７の先端は尖鋭状となり、また高さも揃っていない。バンプ７は、金属電極８に付着された後に先端が一様に切削されて高さが均一に揃えられる。

バンプ７の先端を切削して高さを揃えるには、図４に示す切削装置２０が好適に用いられる。この切削装置２０によれば、ウェーハ１の裏面を真空チャック式のチャックテーブル３０の吸着面に吸着させて保持し、回転させた切削ユニット４０のバイト４７でバンプ７の先端を削ることにより、バンプ７の高さが均一に揃えられる。

切削装置２０の構成ならびに動作は、以下の通りである。
切削装置２０は直方体状の基台２１を有しており、ウェーハ１は、この基台２１上の所定箇所に着脱自在にセットされる供給カセット２２内に、バンプ７が突出している表面側を上にした状態で、複数が積層して収納される。その供給カセット２２から１枚のウェーハ１が搬送ロボット２３によって引き出され、そのウェーハ１は、表面側を上に向けた状態で位置決めテーブル２４上に載置され、ここで一定の位置に決められる。

位置決めテーブル２４上で位置決めがなされたウェーハ１は、供給アーム２５によって位置決めテーブル２４から取り上げられ、真空運転されている円盤状のチャックテーブル３０上に、裏面側を下に向け、バンプ７が突出している表面側が露出する状態に吸着、保持される。

図４に示すように、チャックテーブル３０は、基台２１上においてＹ方向に移動自在に設けられたテーブルベース３５上に、Ｚ方向（鉛直方向）を回転軸として回転自在に支持されており、図示せぬ駆動機構によって回転駆動させられる。チャックテーブル３０上に保持されたウェーハ１は、テーブルベース３５およびチャックテーブル３０を介してＹ方向奥側の加工位置に送り込まれる。加工位置の上方には、バンプ７を切削する切削ユニット４０が配設されている。基台２１上には、テーブルベース３５の移動路を塞いで切削屑等が基台２１内に落下することを防ぐ蛇腹状のカバー３６が伸縮自在に設けられている。

切削ユニット４０は、基台２１の奥側の端部に立設されたコラム２６の前面に、Ｚ方向に沿って昇降自在に設置されている。すなわちコラム２６の前面にはＺ方向に延びるガイド５１が設けられており、切削ユニット４０は、スライダ５２を介してガイド５１に摺動自在に装着されている。そして切削ユニット４０は、サーボモータ５３によって駆動されるボールねじ式の送り機構５４により、スライダ５２を介してＺ方向に昇降する。

切削ユニット４０は、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング４１内に図示せぬスピンドルシャフトが同軸的、かつ回転自在に支持されたもので、スピンドルシャフトは、スピンドルハウジング４１の上端部に固定されたスピンドルモータ４３によって回転駆動させられる。スピンドルシャフトの下端には、環状のフレーム４６の下面にバイト４７が固定されてなる切削工具４５が取り付けられている。バイト４７は、先端に設けられたダイヤモンド等からなる刃部が、下に向けて設けられている。切削工具４５はスピンドルシャフトとともに一体回転し、回転するバイト４７の回転軌跡である切削外径はウェーハ１の直径よりも大きく設定されている。

ウェーハ１のバンプ先端を切削するには、切削ユニット４０を送り機構５４によって下降させ、バイト４７の刃先高さを、切削後の全てのバンプ７の高さが所定値（例えば５０〜１００μｍの間）になる位置に調整し、さらに、切削工具４５をスピンドルモータ４３により回転させた状態とする。そして、テーブルベース３５を奥側に移動させてウェーハ１を切削ユニット４０の下方に当たる加工位置に向けて移動させていく。この時、チャックテーブル３０は回転させず、一定位置で固定状態としておく。すると、バンプ７の先端が切削工具４５のバイト４７によって切削されていき、ウェーハ１が切削工具４５に覆われるまで移動することにより、全てのバンプ７の先端が均一高さに切削される。

全てのバンプ７の先端が切削されたら、切削ユニット４０が上昇してウェーハ１から退避し、一方、テーブルベース３５が手前側に移動し、ウェーハ１が供給アーム２５からチャックテーブル３０上に載置された着脱位置に戻される。この着脱位置でチャックテーブル３０の真空運転は停止され、次いでウェーハ１は、回収アーム２７によってスピンナ式洗浄装置２８に搬送されて洗浄、乾燥処理され、この後、搬送ロボット２３によって回収カセット２９内に移送、収容される。また、ウェーハ１が取り去られたチャックテーブル３０は、エアノズル３７から噴射される空気によって切削屑等が除去される。図３（ａ）〜（ｃ）は、切削ユニット２０によって高さが不揃いのバンプ７の先端を切削して高さが揃えられる過程を示している。図３（ｂ）の破線は回転するバイト４７による切削加工面であり、バンプ７の高さはこの切削加工面の高さに揃えられる。

［３］保護テープ貼着工程
上記のようにして全てのバンプ７の先端が切削されてバンプ７の高さが揃えられたウェーハ１に対しては、続いて、裏面研削してウェーハ１を目的厚さ、すなわち製造する半導体チップ３の厚さに薄化する加工が施される。薄化加工するにあたっては、図５に示すように、予めウェーハ１の表面に保護テープ１０を貼り付ける。保護テープ１０としては、例えば、厚さ１００〜２００μｍ程度のポリエチレン等の基材の片面に厚さ１０〜２０μｍ程度のアクリル系等の粘着剤を塗布したテープなどが好適に用いられる。

保護テープ１０は、半導体チップ３の電子回路や、平坦化させたバンプ７が傷付くことを防止するためにウェーハ１の表面に貼着される。バンプ７のウェーハ表面からの突出量が比較的大きい場合には、バンプ７にかかる応力を緩和させる上で、保護テープ１０の基材は厚くて柔軟性が高く、粘着剤の厚さがバンプ７の高さに相当するようなものが好ましい。

［４］裏面凹部形成工程
ウェーハ１に対する裏面研削は裏面全面ではなく、デバイス形成領域４に対応する領域のみとされる。したがって、ウェーハ１の裏面には、図８に示すように、デバイス形成領域４がへこんだ凹部１１が形成されると同時に、その凹部１１の周囲の外周余剰領域５には、元のウェーハ厚さが残った環状凸部１２が形成される。図２（ｄ）に示すように、ウェーハ１の裏面の研削量は、金属電極８の下端（ウェーハ裏面側の端部）には到達せず、金属電極８の下端と裏面との間に僅かな厚さが残る程度とされる。すなわち、この段階では金属電極８はウェーハ裏面には露出しない。

ウェーハ裏面のデバイス形成領域４に対応する領域のみを研削して薄化し、裏面側に凹部１１を形成するには、図６に示す研削装置６０を用いたインフィード研削加工が好適である。この研削装置６０によれば、バンプ７が形成されている表面側を真空チャック式のチャックテーブル７０の吸着面に吸着させてウェーハ１を保持し、２台の研削ユニット（粗研削用と仕上げ研削用）８０Ａ，８０Ｂによってウェーハ裏面に対し粗研削と仕上げ研削を順次行う。

研削装置６０の構成ならびに動作は、以下の通りである。
研削装置６０は直方体状の基台６１を有しており、ウェーハ１は、この基台６１上の所定箇所に着脱自在にセットされる供給カセット６２内に、表面側を上にした状態で、複数が積層して収納される。その供給カセット６２から１枚のウェーハ１が搬送ロボット６３によって引き出され、そのウェーハ１は、表裏を反転されて裏面側を上に向けた状態で位置決めテーブル６４上に載置され、ここで一定の位置に決められる。

基台６１上には、Ｒ方向に回転駆動されるターンテーブル７３が設けられており、さらにこのターンテーブル７３の外周部分には、複数（この場合、３つ）の円盤状のチャックテーブル７０が、周方向に等間隔をおいて配設されている。これらチャックテーブル７０はＺ方向（鉛直方向）を回転軸として回転自在に支持されており、図示せぬ駆動機構によって回転駆動させられる。

位置決めテーブル６４上で位置決めがなされたウェーハ１は、供給アーム６５によって位置決めテーブル６４から取り上げられ、真空運転されている１つのチャックテーブル７０上に、保護テープ１０が貼着された表面側を下に向けた状態で同心状に載置される。チャックテーブル７０は、図７（ｂ）に示すように、枠体７１の中央上部に、多孔質部材による円形の吸着部７２が形成されたもので、ウェーハ１は、この吸着部７２の上面に、保護テープ１０が密着し、かつ、裏面が露出する状態に吸着、保持される。

チャックテーブル７０に保持されたウェーハ１は、ターンテーブル７３がＲ方向へ所定角度回転することにより、粗研削用研削ユニット８０Ａの下方の一次加工位置に送り込まれ、この位置で研削ユニット８０Ａにより裏面が粗研削される。次いでウェーハ１は、再度ターンテーブル７３がＲ方向へ所定角度回転することにより、仕上げ研削用研削ユニット８０Ｂの下方の二次加工位置に送り込まれ、この位置で研削ユニット８０Ｂにより裏面が仕上げ研削される。

各研削ユニット８０Ａ，８０Ｂは、基台６１の奥側の端部に立設されたＸ方向に並ぶコラム６６Ａ，６６Ｂの前面に、それぞれ取り付けられている。各コラム６６Ａ，６６Ｂに対する各研削ユニット８０Ａ，８０Ｂの取付構造は同一であってＸ方向で左右対称となっている。そこで、図６を参照し、仕上げ研削側を代表させてその取付構造を説明する。

仕上げ研削側コラム６６Ｂの前面６６ｂは、基台６１の上面に対しては垂直面であるが、Ｘ方向の中央から端部に向かうにしたがって奥側に所定角度で斜めに後退するテーパ面に形成されている。このテーパ面６６ｂ（粗研削側のコラム６６Ａではテーパ面６６ａ）の水平方向すなわちテーパ方向は、一次加工位置に位置付けられたチャックテーブル７０の回転中心とターンテーブル７３の回転中心とを結ぶ線に対して平行になるように設定されている。

テーパ面６６ｂ（６６ａ）には、そのテーパ方向と平行な上下一対のガイド９１が設けられており、このガイド９１には、Ｘ軸スライダ９２が摺動自在に装着されている。このＸ軸スライダ９２は、サーボモータ９３によって駆動される図示せぬボールねじ式の送り機構により、ガイド９１に沿って往復移動するようになっている。Ｘ軸スライダ９２の往復方向は、ガイド９１の延びる方向、すなわちテーパ面６６ｂ（６６ａ）のテーパ方向と平行である。

Ｘ軸スライダ９２の前面はＸ・Ｚ方向に沿った面であり、その前面に、各研削ユニット８０Ａ，８０Ｂが、それぞれＺ方向（鉛直方向）に昇降自在に設置されている。その昇降構造は、図４に示した切削ユニット４０の場合と同じであって、各研削ユニット８０Ａ，８０Ｂは、それぞれのＸ軸スライダ９２の前面に設けられたＺ方向に延びるガイド９４にＺ軸スライダ９５を介して摺動自在に装着されている。そして各研削ユニット８０Ａ，８０Ｂは、サーボモータ９６よって駆動されるボールねじ式の送り機構９７により、Ｚ軸スライダ９５を介してＺ方向に昇降する。

各研削ユニット８０Ａ，８０Ｂは同一構成であり、装着される砥石が粗研削用と仕上げ研削用と異なることで、区別される。図７に示すように、研削ユニット８０Ａ，８０Ｂは、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング８１と、このスピンドルハウジング８１内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドルシャフト８２と、スピンドルハウジング８１の上端部に固定されてスピンドルシャフト８２を回転駆動するモータ８３と、スピンドルシャフト８２の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ８４とを具備している。そしてフランジ８４には、砥石ホイール８５が取り付けられている。

砥石ホイール８５は、環状で下面が円錐状に形成されたフレーム８６の下面に複数の砥石８７が環状に配列されて固着されたものである。砥石８７の下端面である刃先は、スピンドルシャフト８２の軸方向に直交するように設定される。砥石８７は、例えば、ガラス質のボンド材中にダイヤモンド砥粒を混合して成形し、焼結したものが用いられる。

粗研削用の研削ユニット８０Ａに取り付けられる砥石８７は、例えば♯３２０〜♯４００程度の比較的粗い砥粒を含むものが用いられる。また、仕上げ研削用の研削ユニット８０Ｂに取り付けられる砥石８７は、例えば♯２０００〜♯８０００程度の比較的細かい砥粒を含むものが用いられる。各研削ユニット８０Ａ，８０Ｂには、研削面の冷却や潤滑あるいは研削屑の排出のための研削水を供給する研削水供給機構（図示省略）が設けられている。

砥石ホイール８５の研削外径、すなわち環状に配列された複数の砥石８７の外周縁の直径は、ウェーハ１の半径よりも僅かに小さく、デバイス形成領域４の半径と同等程度に設定されている。これは、砥石８７の刃先が、回転するチャックテーブル７０上に同心状に保持されたウェーハ１の回転中心を通過し、かつ、その刃先の外周縁がデバイス形成領域４の外周縁（デバイス形成領域４と外周余剰領域５との境界）に一致して通過し、デバイス形成領域４に対応する領域のみを研削して、図８に示す凹部１１を形成可能とするための寸法設定である。

上述したように、上記一次加工位置および二次加工位置に位置付けられた各チャックテーブル７０の回転中心と、ターンテーブル７３の回転中心との間を結ぶ方向（以下、軸間方向と称する）は、それぞれコラム６６Ａ，６６Ｂの前面６６ａ，６６ｂのテーパ方向、すなわちガイド９１の延びる方向と平行に設定されている。そして、各研削ユニット８０Ａ，８０Ｂは、砥石ホイール８５の回転中心（スピンドルシャフト８２の軸心）が、対応する加工位置（粗研削ユニット８０Ａでは一次加工位置、仕上げ研削ユニット８０Ｂでは二次加工位置）に位置付けられたチャックテーブル７０の回転中心とターンテーブル７３の回転中心とを結ぶ軸間方向の直上にそれぞれ存在するように位置設定がなされている。したがって、研削ユニット８０Ａ，８０Ｂが、Ｘ軸スライダ９２ごとガイド９１に沿って移動すると、砥石ホイール８５の回転中心が軸間方向に沿って移動するように設定されている。

ウェーハ１は、一次加工位置において粗研削ユニット８０Ａにより、また、二次加工位置において仕上げ研削ユニット８０Ｂにより、裏面研削される。裏面研削は、まず、研削ユニット８０Ａ（８０Ｂ）の軸間方向位置がＸ軸スライダ９２を移動させることにより調整されて、ウェーハ１の裏面に対面する砥石ホイール８５の研削外径が、ウェーハ１のデバイス形成領域４の半径に対応する凹部形成位置に位置付けられる。この凹部形成位置は砥石８７の刃先がウェーハ１の回転中心付近とデバイス形成領域４の外周縁を通過する位置であり、この場合はウェーハ１の回転中心よりもターンテーブル７３の外周側とされる。ウェーハ１の裏面研削は、このように砥石ホイール８５を凹部形成位置に保持してから、チャックテーブル７０を回転させてウェーハ１を自転させ、送り機構９７によって研削ユニット８０Ａ（８０Ｂ）を下方に送りながら、回転する砥石ホイール８５の砥石８７をウェーハ１の裏面に押し当てることによりなされる。砥石ホイール８５の回転速度は、２０００〜５０００ｒｐｍ程度とされる。

粗研削ユニット８０Ａによる粗研削では、ウェーハ１の裏面はデバイス形成領域４に対応する領域のみが研削され、図７および図８に示すように研削部分が凹部１１に形成され、この凹部１１の周囲には、外周余剰領域５の厚さがそのまま残って環状凸部１２が形成される。粗研削で研削されるデバイス形成領域４は、例えば仕上げ厚さ＋２０〜４０μｍ程度といった厚さまで薄化される。そして、仕上げ研削では残りの厚さが研削されて、ウェーハ１のデバイス形成領域４に対応する領域が目的厚さに薄化される。

粗研削後のウェーハ１においては、図７（ａ）に示すように、凹部１１の底面１１ａに、多数の弧が放射状に描かれた模様を呈する研削条痕１４ａが残留する。この研削条痕１４ａは砥石８７中の砥粒による破砕加工の軌跡であり、マイクロクラック等を含む機械的ダメージ層である。粗研削による研削条痕１４ａは仕上げ研削によって除去されるが、図８（ａ）に示すように、凹部１１の底面１１ａには仕上げ研削によって新たな研削条痕１４ｂが残留する。

なお、ウェーハ１の裏面研削の際には、粗研削および仕上げ研削とも、各加工位置の近傍に設けられた厚さ測定ゲージ７５によってウェーハ厚さを測定しながら、その測定値に基づいて研削量が制御される。厚さ測定ゲージ７５は、プローブがチャックテーブル７０の枠体７１の上面に接触する基準側ハイトゲージ７６と、プローブが被研削面（この場合、ウェーハ１の凹部１１の底面１１ａ）に接触する可動側ハイトゲージ７７との組み合わせからなるもので、双方のハイトゲージ７６，７７の高さ測定値を比較することにより、裏面研削中のウェーハ１の厚さが逐一測定される。ウェーハ１の裏面研削は、厚さ測定ゲージ７５によってウェーハ１の厚さを測定しながら行われ、その測定値に基づいて、送り機構９７による砥石ホイール８５の送り量が制御される。

粗研削から仕上げ研削を経てウェーハ１のデバイス形成領域４が目的厚さまで薄化されたら、次のようにしてウェーハ１の回収に移る。まず、仕上げ研削ユニット８０Ｂが上昇してウェーハ１から退避し、一方、ターンテーブル７３がＲ方向へ所定角度回転することにより、ウェーハ１が供給アーム６５からチャックテーブル７０上に載置された着脱位置に戻される。この着脱位置でチャックテーブル７０の真空運転は停止され、次いでウェーハ１は、回収アーム６７によってスピンナ式洗浄装置６８に搬送されて洗浄、乾燥処理され、この後、搬送ロボット６３によって回収カセット６９内に移送、収容される。

［５］エッチング工程
以上のようにウェーハ１裏面に凹部１１を形成してデバイス形成領域４に対応する領域のみを目的厚さに薄化したら、次いで、形成した凹部１１にエッチングを施して凹部１１の底面１１ａを僅かの厚さ除去し、図２（ｅ）に示すように金属電極８を裏面側に突出させて貫通電極８Ａとするとともに、裏面側電極部８ａを形成する。裏面側電極部８ａの突出量は、例えば５μｍ程度とされる。エッチングの方法としては、シリコン等のウェーハ材料は反応して除去され、金属電極８（貫通電極８Ａ）は無反応で除去されないガスを用いたプラズマエッチングが好ましい。

プラズマエッチングは、ウェーハ１を入れた容器内を一般周知のシリコンエッチング用ガス（例えばＣＦ４，ＳＦ６等のフッ素系ガス）雰囲気とし、プラズマ放電することによりなされる。プラズマエッチングを行うにあたっては、保護テープ１０が十分に耐熱性を有するものであれば、保護テープ１０はそのままウェーハ１の表面に貼着した状態としてよいが、十分に耐熱性を有していないものであれば保護テープ１０を事前に剥離する。

このようなエッチングにより、図８（ｂ）および図９に示すように、ウェーハ１の凹部１１の底面１１ａから貫通電極８Ａが突出して裏面側電極部８ａが形成されるが、これに加えて、仕上げ研削後にも裏面に残存していた研削条痕１４ｂに伴う機械的ダメージ層が除去される。機械的ダメージ層は、応力集中を招いて割れや破損を惹起させるが、機械的ダメージ層が除去されたのでそのような不具合は発生しにくくなり、ウェーハ１、あるいは個片化される半導体チップ３は強度が向上したものとなる。図１０の（ａ）〜（ｂ）は、裏面凹部形成工程を経たウェーハ１の凹部１１をエッチングして裏面電極部８ａを形成した過程を示す。なお、金属電極８をウェーハ裏面に突出させるとともに、凹部１１の底面１１ａの研削条痕１４ｂを除去するためのエッチングとしては、上記プラズマエッチングに限られず、一般周知のウェットエッチングでも実施可能である。

［６］絶縁膜形成工程
次に、図２（ｆ）に示すように、裏面側電極部８ａを被覆する厚さの絶縁膜１５を、凹部１１の底面に形成する。絶縁膜１５は、図１０（ｃ）に示すように、多孔質部材による円形の吸着部１０１を有する円盤状のスピンテーブル１００に、凹部１１を上にしてウェーハ１を吸着、保持し、スピンテーブル１００を回転させながら、凹部１１内の回転中心に、液体の絶縁性樹脂１５Ａをノズル１０２から滴下させるスピンコート法により、好適に形成することができる。凹部１１内に滴下された樹脂１５Ａは凹部１１の中心から遠心力によって外周方向に流動し、凹部１１の底面１１ａが樹脂１５Ａによって被覆され、樹脂１５Ａが硬化して絶縁膜１５が形成される。この場合の樹脂１５Ａは、ポリイミドやエポキシ等が適宜に用いられ、種類に応じた硬化過程を経て硬化させられる。

［７］裏面凹部切削工程
次に、図２（ｇ）に示すように、ウェーハ裏面の凹部１１に形成した絶縁膜１５とこの絶縁膜１５によって被覆された裏面側電極部８ａの先端とを一括して切削し、凹部１１の底面１１ａを表面と平行に、かつ平坦に加工する。この裏面凹部切削は、バンプ７の先端を切削して高さを揃える際に用いた図４に示す切削装置２０によってインフィード切削加工を行うことにより、好適に実施される。

バンプ７の切削加工の際に用いた切削工具４５の切削外径（回転するバイト４７の円形の回転軌跡）は、ウェーハ１の直径よりも大きいものであることから、この切削工具４５では凹部１１のみを限定して切削することはできない。図１０（ｄ）に示すように、本工程で用いる切削工具４５Ｂは、フレーム４６Ｂの下面にバイト４７Ｂが固定された同様の構成であるが、フレーム４６Ｂの直径はウェーハ１の半径よりもやや大きく、バイト４７Ｂによる切削外径は、凹部１１の半径と同等か僅かに小さく設定されている。この切削工具４５Ｂは、フレーム４６Ｂが切削ユニット４０のスピンドルシャフトの下端に取り付けられて切削ユニット４０にセットされる。

ウェーハ裏面の凹部１１を切削する際には、図１０（ｄ）に示すように、凹部１１を上に向け、表面に貼着されている保護テープ１０をチャックテーブル３０の吸着部３１に密着させて、ウェーハ１をチャックテーブル３０上に同心状に吸着、保持する。そして、図４に示すテーブルベース３５をＹ方向に移動させて、切削工具４５Ｂに対面するウェーハ１の位置を、バイト４７Ｂの切削外径が凹部１１の半径に対応する凹部切削位置に位置付ける。この凹部切削位置は、バイト４７Ｂの刃先がウェーハ１の回転中心付近と凹部１１の外周縁付近を通過する位置である。

凹部１１の切削は、このように切削工具４５Ｂを凹部切削位置に保持してから、チャックテーブル３０を回転させてウェーハ１を自転させ、送り機構５４によって切削ユニット４０を下方に送りながら、回転するバイト４７Ｂの刃先を凹部１１の底面１１ａに接触させることによりなされる。凹部１１の切削は、絶縁膜１５が切削されて全ての裏面側電極部８ａが露出し、さらにその裏面側電極部８ａの端面が一様に切削されるまで行われる。

凹部１１を切削するには、上記のようにウェーハ１を自転させながら切削工具４５Ｂも回転させる他に、ウェーハ１は同様に自転させながら切削工具４５Ｂは回転させない次のような動作でも可能である。すなわち、チャックテーブル３０を回転させることにより自転しているウェーハ１を、テーブルベース３５ごとＹ方向に移動させながら、回転停止状態の切削工具４５Ｂのバイト４７Ｂを、凹部１１の中心（ウェーハ１の回転中心）を通るように配置する。この場合、バイト４７Ｂは、凹部１１の中心を通ってＹ方向に延びる線上に位置決めされ、先端の刃先高さが凹部１１を切削し得る位置に調整される。バイト４７Ｂの刃先が、凹部１１の中心から凹部１１の外周縁まで、つまり凹部１１の半径をＹ方向に相対移動することで、凹部１１は切削される。なお、この場合にはバイトを回転させないことからバイトの切削外径は関係なく、したがって図４に示した切削工具４５を用いることもできる。

［８］半導体チップ
以上で半導体チップ３への分割前に行われるウェーハ１への加工は終了し、この後、ウェーハ１は保護テープ１０が剥離されてから、ダイシングやレーザ等の手段によって分割予定ライン２が切断されて、全ての半導体チップ３が個片化される。なお、ウェーハ１を分割して半導体チップ３に個片化するには、保護テープ１０を貼ったまま裏面から赤外線顕微鏡などによって分割予定ライン２を認識し、分割予定ライン２に沿ってレーザ光を照射して切断する方法もある。このようにして得られた半導体チップ３は、例えば、インターポーザに積層されたり、あるいは半導体チップ３どうしが積層されたりして、積層型の半導体パッケージに製造される。

図１１は、ウェーハ１を分割して得られた半導体チップ３が、インターポーザ１１０上に３層の状態で積層されて樹脂１１１でモールドされた半導体パッケージの構成例を示している。インターポーザ１１０上の半導体チップ３は、インターポーザ１１０に同様に形成されている貫通電極１１２に裏面側電極部８ａを圧着させることにより、電気的結線と同時に積層状態の固着がなされる。また、半導体チップ３どうしは、下側の半導体チップ３のバンプ７に上側の半導体チップ３の裏面側電極部８ａを圧着させることにより電気的結線および積層、固着が同時になされる。なお、インターポーザ１１０の裏面には、図示せぬ基板への電気的接点として、貫通電極１１２に導通するバンプ１１３が形成されている。

［９］実施形態の作用効果
上記実施形態のウェーハの加工方法によれば、裏面凹部形成工程で、薄化が必要とされるデバイス形成領域４のみに対応した裏面部分を研削加工して薄化し、その周囲の外周余剰領域５は元の厚さのまま残して環状凸部１２を形成している。これによりウェーハ１は、デバイス形成領域４は薄化されているものの環状凸部１２によって剛性が確保されたものとなる。このため、裏面凹部形成工程の後の各工程間の移送や、それらの工程自体におけるウェーハ１のハンドリングが安全、かつ容易となり、ウェーハ１が割れて歩留まりが低下することが防止される。また、裏面凹部切削工程を終えた後のウェーハ１は半導体チップ３に個片化されるが、その際のウェーハ１の移送や分割作業も、同様に安全、かつ容易に進めることができ、結果として半導体チップの生産性や歩留まりの向上が図られる。

また、エッチング工程によってウェーハ裏面の凹部１１の底面１１ａから金属電極８を突出させて裏面側電極部８ａを形成することにより、金属電極８は貫通電極８Ａとなり、この後の絶縁膜形成工程で凹部１１に絶縁膜１５を形成してから、絶縁膜１５と裏面側電極８ａとを切削加工して平坦化することにより、ウェーハ裏面を、裏面側電極部８ａの周囲に絶縁膜１５が形成された状態とすることができる。この方法により、裏面側電極部８ａは確実に露出し、かつ、その周囲に面一に絶縁膜１５が形成され、その結果、半導体チップ３が実装された際に、導通不良が起こるおそれが確実に防止される。

本発明の一実施形態の方法で加工されるウェーハの斜視図であり、拡大部分は半導体チップの表面にバンプが突出している状態を示している。 一実施形態の方法によって加工されているウェーハを（ａ）〜（ｇ）の順に示す断面図である。 バンプの高さ均一化の過程を（ａ）〜（ｃ）の順に示すウェーハの拡大断面図である。 ウェーハの表面側のバンプおよび裏面側の凹部の切削を好適に実施する切削装置の斜視図である。 保護テープ貼着工程で保護テープが表面に貼着されたウェーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 裏面凹部形成工程で用いる研削装置の斜視図である。 同研削装置の研削ユニットを示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 凹部が形成されたウェーハ裏面の斜視図であって、（ａ）は仕上げ研削後、（ｂ）はエッチング後を示している。 エッチング工程を経たウェーハの裏面側を示す平面図であり、拡大部分は半導体チップの表面に金属電極（裏面側電極部）が突出している状態を示している。 裏面凹部形成工程から裏面凹部切削工程までの過程を示すウェーハの断面図である。 半導体チップを積層した半導体パッケージの例を示す断面図である。

符号の説明

１…半導体ウェーハ
３…半導体チップ（デバイス）
４…デバイス形成領域
５…外周余剰領域
７…バンプ
８…金属電極
８Ａ…貫通電極
８ａ…裏面側電極部
１０…保護テープ
１１…凹部
１２…環状凸部
１５Ａ…樹脂
１５…絶縁膜
２０…切削装置
６０…研削装置
４７Ｂ…バイト

Claims (2)

1. 表面に複数のデバイスが形成された略円形状のデバイス形成領域と、該デバイス形成領域を囲繞する外周余剰領域とを有し、デバイス形成領域には、複数の金属電極がデバイスの表面から少なくともデバイス厚さと同等以上の深さに埋設されているウェーハの加工方法であって、
   前記ウェーハの表面側に保護テープを貼着する保護テープ貼着工程と、
   該ウェーハの裏面の、前記デバイス形成領域に対応する領域のみを研削加工して薄化することにより、該裏面側に略円形状の凹部を形成するとともに、前記外周余剰領域に裏面側に突出する環状凸部を形成する裏面凹部形成工程と、
   前記凹部にエッチングを施して、前記研削加工によって該凹部に付与された機械的ダメージを除去するとともに、露出した前記金属電極を凹部底面から突出させて裏面側電極部を形成するエッチング工程と、
   前記凹部に樹脂を塗布して絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
   前記絶縁膜と前記凹部底面から突出した前記裏面側電極部とを、バイトを用いた切削加工によって平坦化する裏面凹部切削工程と
   を備えることを特徴とするウェーハの加工方法。
2. 前記裏面凹部切削工程で行う切削加工は、前記ウェーハを、前記凹部の中心を回転軸心として回転させながら、回転軸がウェーハの回転軸と平行で、前記凹部の半径に略等しい回転軌跡を有するバイトを、その回転軌跡が該凹部の中心に一致するように位置付けて、ウェーハとバイトとを回転させながら、バイトを前記絶縁膜および前記裏面側電極部に押し当てて切削することを特徴とする請求項１に記載のウェーハの加工方法。

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