JP2014053354A

JP2014053354A - ウエーハの加工方法

Info

Publication number: JP2014053354A
Application number: JP2012194886A
Authority: JP
Inventors: Yuki Inoue; 雄貴井上; Fumi Nakamura; 文中村
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-03-20

Abstract

【課題】研削の進行により埋め込み電極がウエーハの裏面に露出したとしてもその研削量を極力抑えることが可能なウエーハの加工方法を提供することである。
【解決手段】表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成され、該各デバイスからウエーハの仕上がり厚さ以上の深さに至る複数の埋め込み電極が埋設されるとともに、外周縁に面取り部を有する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、ウエーハの裏面から該複数の埋め込み電極の先端の深さを検出する埋め込み電極検出工程と、該埋め込み電極検出工程を実施した後、該埋め込み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、を含み、前記裏面研削工程において、ウエーハの裏面を研削して薄化する際、ウエーハの裏面を検出手段で検出して埋め込み電極が裏面に露出したことを検出した瞬間に研削を終了し、埋め込み電極の研削量を極力抑えることを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハの加工方法に関する。

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。

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チップの電極同士、或いは複数積層した半導体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。

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

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。

そこで、半導体チップ内に、半導体チップを厚み方向に貫通して半導体チップの電極に接続する貫通電極（Ｖｉａ電極）を設け、半導体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２００４−２０７６０６号公報及び特開２００４−２４１４７９号公報参照）。

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埋め込み銅電極（銅ポスト）が形成された所謂ＴＳＶ（ＴｈｒｏｕｇｈＳｉｌｉｃｏｎＶｉａ）ウエーハを利用する。

埋め込み銅電極は半導体チップの仕上がり厚さ以上の高さを有し、研削装置でウエーハの裏面を研削及び研磨して埋め込み銅電極が裏面から露出する寸前の厚さまでウエーハを薄化する。その後、シリコン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銅電極の先端を突出させ貫通電極とする。

特開２００４−２０７６０６号公報特開２００４−２４１４７９号公報

このように半導体ウエーハを積層して貫通電極で電気的に接続するウエーハの加工方法においては、多くの工程を含んでいるが、中でも貫通電極が露出しない程度にウエーハの裏面を研削することは非常に難しい。

もし、貫通電極が露出してしまえば、電極を形成する銅等の金属イオンが溶出し、ウエーハに形成されたデバイスに付着してデバイスの機能に悪影響を与える恐れがある。しかし、貫通電極の形成された深さ（厚さ）にはばらつきがあるため、個々のウエーハによって研削量を制御する必要がある。

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、研削の進行により埋め込み電極がウエーハの裏面に露出したとしてもその研削量を極力抑えることが可能なウエーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成され、該各デバイスからウエーハの仕上がり厚さ以上の深さに至る複数の埋め込み電極が埋設されるとともに、外周縁に面取り部を有する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、ウエーハの外周縁に切削ブレードを位置づけてウエーハを表面側から仕上げ厚さを越えて円形に切削し、又はウエーハを裏面側から円形に完全切断して面取り部を除去する面取り部除去工程と、該面取り部除去工程を実施する前又は後に、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、該キャリアプレート配設工程を実施した後、ウエーハの裏面から該複数の埋め込み電極の先端の深さを検出する埋め込み電極検出工程と、該埋め込み電極検出工程を実施した後、該埋め込み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、該裏面研削工程を実施した後、ウエーハの裏面からウエーハをエッチングして該埋め込み電極をウエーハの裏面から突出させて貫通電極とするエッチング工程と、該エッチング工程を実施した後、ウエーハの裏面に絶縁膜を被覆する絶縁膜被覆工程と、該絶縁膜被覆工程を実施した後、ウエーハの裏面から突出した該貫通電極を除去して該絶縁膜から露出させるとともに該貫通電極の頭を該絶縁膜と同一面に仕上げる仕上げ工程と、該仕上げ工程を実施した後、該各貫通電極の頭にバンプを配設するバンプ配設工程と、該バンプ配設工程を実施した後、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着するとともにウエーハの表面から該キャリアプレートを取り外し、ウエーハを該ダイシングテープに移し替える移し替え工程と、該移し替え工程を実施した後、ウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、を含み、前記裏面研削工程において、ウエーハの裏面を研削して薄化する際、ウエーハの裏面を検出手段で検出して埋め込み電極が裏面に露出したことを検出した瞬間に研削を終了し、埋め込み電極の研削量を極力抑えることを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

本発明のウエーハの加工方法によると、ウエーハの裏面研削時に、もし埋め込み電極が露出するまで研削が進行してしまったとしても、検出手段によっていち早くその事実を検出することで、露出する電極量及び研削する電極量を極力抑えることが可能となる。その結果、溶出する金属イオンの量も少なくなるため清掃も容易になるという効果も奏する。

図１（Ａ）はバンプ付き埋め込み銅電極を有する半導体ウエーハの表面側斜視図、図１（Ｂ）はその断面図である。面取り部除去工程を示す一部断面側面図である。面取り部除去工程実施後の半導体ウエーハの断面図である。キャリアプレート配設工程を説明する断面図である。埋め込み電極検出工程を示す断面図である。裏面研削工程を示す一部断面側面図である。埋め込み銅電極の研削を検出した際の一部断面側面図である。図８（Ａ）は正常研削時のウエーハの断面図、図８（Ｂ）は研削し過ぎにより埋め込み銅電極まで研削した状態のウエーハの断面図である。エッチング工程実施後のウエーハの断面図である。絶縁膜被覆工程実施後のウエーハの断面図である。仕上げ工程実施後のウエーハの断面図である。バンプ配設工程実施後のウエーハの断面図である。移し替え工程を説明する断面図である。

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（Ａ）を参照すると、本発明加工方法の加工対象となるバンプ付き埋め込み銅電極を有する半導体ウエーハ１１の斜視図が示されている。図１（Ｂ）はその縦断面図である。

図１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に複数の分割予定ライン（ストリート）１３が格子状に形成されているとともに、複数の分割予定ライン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。

図１（Ｂ）に示すように、半導体ウエーハ１１に形成された各半導体デバイス１５からはデバイスの仕上がり厚さｔ１以上の深さに埋め込まれた複数の埋め込み銅電極２１が裏面１１ｂ側に伸長している。各埋め込み電極２１の上端にはバンプ２３が接合されている。電極２１を他の導体材料から形成しても良い。

このように構成された半導体ウエーハ（以下単にウエーハと略称することがある）１１は、図１（Ａ）に示されているように、複数の半導体デバイス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１１ａに備えている。また、図１（Ｂ）に示すように、ウエーハ１１の外周部には円弧状の面取り部１１ｅが形成されている。

本発明のウエーハの加工方法では、まず、ウエーハ１１の面取り部１１ｅを除去する面取り部除去工程を実施する。この面取り部除去工程では、図２に示すように、切削装置のチャックテーブル１０でウエーハ１１を吸引保持する。

図２において、１２は切削装置の切削ユニットであり、スピンドルハウジング１４中にスピンドル１６が回転可能に支持されており、スピンドル１６の先端部には切削ブレード１８が装着されている。

この面取り部除去工程では、高速回転する切削ユニット１２の切削ブレード１８をウエーハ１１の面取り部１１ｅに表面１１ａ側から所定深さ切り込ませ、チャックテーブル１０を低速で回転させて、図３に示すように、ウエーハ１１の外周部に円形の段差部１１ｆを有する円形切り込み部（トリミング溝）３３を形成する。

この面取り部除去工程での切削ブレード１８の切り込み深さは、少なくともウエーハ１１の表面１１ａからウエーハ１１の仕上げ厚みを越える深さであり、例えば深さ１００μｍ程度の円形の段差部１１ｆを形成する。切削ブレード１８としては、例えば厚さが１〜２ｍｍ程度のワッシャーブレードを使用するのが好ましい。

図２に示した面取り部除去工程は、切削ブレード１８をウエーハ１１の面取り部１１ｅに切り込ませて実施しているが、研削ホイールの研削砥石をウエーハ１１の面取り部１１ｅに当接させて研削により面取り部１１ｅの一部又は全てを除去するようにしてもよい。

完全切断（フルカット）によって面取り部を全て除去しても良い。その場合、キャリアプレート配設工程の後に面取り部除去工程を実施する。フルカットはウエーハ１１の裏面１１ｂ側から実施しても良い。

面取り部除去工程実施後のウエーハ１１の断面図が図３に示されている。円形の段差部１１ｆは少なくともウエーハ１１の表面１１ａからウエーハ１１の仕上げ厚みを越える深さであり、例えばウエーハ１１の表面１１ａから１００μｍ程度の深さを有している。

この面取り部除去工程では、埋め込み銅電極２１の終点を所定深さｔ２超えた深さで面取り部１１ｅを部分的に除去して円形切り込み部３３を形成するのが好ましい。ｔ２は１〜５０μｍ程度に設定する。

面取り部除去工程を実施した後、図４に示すように、ウエーハ１１の表面１１ａに接着性を示す樹脂２７を介してキャリアプレート２５を配設するキャリアプレート配設工程を実施する。樹脂２７は接着剤として作用し、キャリアプレート２５はウエーハ１１の表面１１ａに樹脂２７により接着される。

キャリアプレート２５は、例えば一様な厚みを有するシリコンウエーハ、又はガラス等から形成されている。本実施形態ではキャリアプレート２５はガラスから形成されているものとして図示している。樹脂２７の厚みは例えば２０μｍ程度が好ましい。

キャリアプレート配設工程実施後、ウエーハ１１の裏面１１ｂから埋め込み銅電極２１の先端の深さを検出する埋め込み銅電極検出工程を実施する。この埋め込み銅電極検出工程は、例えば図５に示すように、研削装置のチャックテーブル２０でキャリアプレート２５を吸引保持し、赤外線カメラ（ＩＲカメラ）２２でウエーハ１１をその裏面１１ｂ側から撮像することにより実施する。

赤外線はシリコンウエーハ１１を透過するため、ＩＲカメラ２２の焦点を変化させてそれぞれウエーハ１１の表面１１ａ、埋め込み銅電極２１の先端及びウエーハ１１の裏面１１ｂに焦点を結ばせてその焦点距離を検出することにより、ウエーハ１１の表面１１ａ、埋め込み銅電極２１の先端及びウエーハ１１の裏面１１ｂの高さを検出することができ、埋め込み銅電極２１先端のウエーハの裏面１１ｂからの深さを検出することができる。

ＩＲカメラ２１を矢印Ａ方向に移動させながらウエーハ１１を撮像して、全て、又は複数の埋め込み銅電極２１の深さを検出し、この検出した値を研削装置のコントローラに配設されたメモリに格納する。

埋め込み銅電極検出工程実施後、埋め込み銅電極２１がウエーハ１１の裏面１１ｂに露出しない程度にウエーハ１１の裏面１１ｂを研削して薄化する裏面研削工程を実施する。この裏面研削工程では、図６に示すように、研削装置のチャックテーブル２０でキャリアプレート２５を吸引保持し、ウエーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。

図６において、研削装置の研削ユニット２４は、図示しないモータにより回転駆動されるスピンドル２６と、スピンドル２６の先端に固定されたホイールマウント２８と、ホイールマウント２８に着脱可能に装着された研削ホイール３０とを含んでいる。研削ホイール３０は、環状のホイール基台３２と、ホイール基台３２の下端部外周に固着された複数の研削砥石３４とから構成される。

３６は画像検出ユニット（画像検出手段）であり、ＬＥＤ等の光源３８と、ＣＣＤカメラ等のカメラ４０を有している。画像検出ユニット３６は研削装置の制御手段４０に接続されており、画像検出ユニット３６で検出した画像情報に基づいてスピンドル２６を下降させる図示しないモータを制御する。

制御手段４２及びスピンドル２６を回転するモータには、モータの負荷電流値を検出する電流値検出手段４４が接続されている。更に、廃液路４６には研削液３５の排液中の金属イオンを検出するイオン検出手段４８が配設されている。

この裏面研削工程では、研削液３５を供給しながら、チャックテーブル２０を矢印ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール３０を矢印ｂで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、図示しない研削ユニット送り機構を駆動して研削ホイール３０の研削砥石３４をウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール３０を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージでウエーハ１１の厚みを測定しながら、図８（Ａ）に示すように、埋め込み銅電極２１の先端がウエーハ１１の裏面１１ｂに露出する寸前の厚さまでウエーハ１１を研削する。

好ましくは、ウエーハ１１のこの裏面研削は、画像検出ユニット３６の光源３８でウエーハ１１の裏面１１ｂを照明して、カメラ４０でウエーハ１１の裏面１１ｂを撮像しながら実施する。

正常研削時には、接触式又は非接触式の厚み測定ゲージでウエーハ１１の厚みを測定しながら、図８（Ａ）に示すように、埋め込み銅電極２１の先端がウエーハ１１の裏面１１ｂに露出する寸前に研削を終了するが、何らかの原因で研削をし過ぎてしまい、埋め込み銅電極２１の先端を研削してしまった場合には、これを画像検出ユニット３６で撮像することにより検出し、制御手段４２でスピンドル２６を下降させるモータの駆動を直ちに停止する。

代替実施形態として、埋め込み銅電極２１を研削すると研削抵抗が変化し、スピンドル２６を駆動するモータの負荷電流値が上昇する。この負荷電流値の上昇を電流値検出手段４４で検出して、スピンドル２６を下降させるモータの駆動を直ちに停止するようにしてもよい。

更に、他の実施形態として、研削ホイール３０で埋め込み銅電極２１を研削すると、廃液路４６中を流れる研削排液中に金属イオン（Ｃｕイオン）が含まれるため、これをイオン検出手段４８で検出することにより、埋め込み銅電極２１の露出を検出することができる。
よって、研削排液中に金属イオンを検出すると、スピンドル２６の下降を直ちに停止する。図８（Ｂ）は埋め込み銅電極２１を検出してしまった場合のウエーハ１１の断面図であり、この場合は正常研削ではないので、ウエーハ１１を廃棄する。

このように本実施形態の裏面研削工程では、画像検出ユニット３６、電流値検出手段４４又はイオン検出手段４８の何れかにより埋め込み銅電極２１の露出を検出することで、露出する電極量及び研削する電極量を極力抑えることが可能となる。その結果、溶出する金属イオンの量も少なくなるため清掃も容易になる。

裏面研削工程実施後、ウエーハ１１の裏面１１ｂからウエーハ１１を選択的にエッチングして、図９に示すように、埋め込み銅電極２１をウエーハ１１の裏面１１ｂから突出させて貫通電極とするエッチング工程を実施する。このエッチング工程は、例えばプラズマエッチングにより実施するのが好ましい。

エッチング工程実施後、図１０に示すように、ウエーハ１１の裏面１１ｂに絶縁膜２９を被覆する絶縁膜被覆工程を実施する。この絶縁膜被覆工程により、ウエーハ１１の裏面１１ｂのみならず貫通電極２１の先端面にも絶縁膜２９が被覆される。

絶縁膜被覆工程実施後、ウエーハ１１の裏面１１ｂから突出した部分の貫通電極２１を除去して絶縁膜２９から貫通電極２１を露出させるとともに貫通電極２１の頭を絶縁膜２９と同一面に仕上げる仕上げ工程を実施する。

本実施形態では、この仕上げ工程を化学的機械研磨法、所謂ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）で実施する。ＣＭＰは研磨パッドと被研磨物との間に研磨液（スラリー）を供給しつつ、研磨パッドと被研磨物とをそれぞれ回転させながら相対的に摺動することで遂行される。研磨パッドとしては一般的に不織布が使用され、例えばシリカ等の浮遊砥粒を含んだ研磨液（スラリー）を供給しながら研磨パッドで被研磨物の表面を研磨する。

本実施形態では、研磨液（スラリー）を供給しながら研磨パッドを絶縁膜２９に当接させてウエーハ１１と研磨パッドとを相対的に摺動することで、貫通電極２１に被覆された絶縁膜２９と貫通電極２１の突出部とを選択的に研磨し、図１１に示すように、貫通電極２１を絶縁膜２９から露出させるとともに貫通電極２１の頭を絶縁膜２９と同一面に仕上げる。

ＣＭＰによる仕上げ工程実施後、図１２に示すように、貫通電極２１の頭にバンプ３１を配設するバンプ配設工程を実施する。バンプ３１は例えば半田等から構成され、半田からなるバンプ３１を貫通電極２１の頭に接合する。

バンプ配設工程実施後、図１３に示すように、ウエーハ１１の裏面１１ｂにダイシングテープＴを貼着するとともに、ウエーハ１１の表面１１ａからキャリアプレート２５を取り外し、ウエーハ１１をダイシングテープＴに移し替える移し替え工程を実施する。ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハ１１はダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された形態となる。

この形態でウエーハ１１を図示を省略した切削装置のチャックテーブルにダイシングテープＴを介して吸引保持し、切削ブレードでウエーハ１１を分割予定ライン１３に沿ってダイシングテープＴに至るまで切削し、ウエーハ１１を個々のデバイス１５に分割する。各デバイス１５は、両端にバンプ２３，３１が接合された複数の貫通電極２１を有している。

上述した実施形態のウエーハの加工方法では、ウエーハの裏面時にもし埋め込み銅電極２１が露出するまで研削が進行してしまったとしても、画像検出ユニット３６、電流値検出手段４４又はイオン検出手段４８によりいち早く過剰研削を検出することで、露出する電極量及び研削する電極量を極力抑えることが可能となる。その結果、溶出する金属イオンの量も少なくなるため、清掃も容易になるという効果を奏する。

１１半導体ウエーハ
１１ｅ面取り部
１３分割予定ライン
１５デバイス
１８切削ブレード
２１埋め込み銅電極（貫通電極）
２２ＩＲカメラ
２３，３１バンプ
２５キャリアプレート
２７樹脂
２９絶縁膜
３０研削ホイール
３３切り込み部
３４研削砥石
３６画像検出ユニット
３８光源
４０カメラ
４４電流値検出手段
４６廃液路
４８イオン検出手段
Ｔダイシングテープ
Ｆ環状フレーム

Claims

表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成され、該各デバイスからウエーハの仕上がり厚さ以上の深さに至る複数の埋め込み電極が埋設されるとともに、外周縁に面取り部を有する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、
ウエーハの外周縁に切削ブレードを位置づけてウエーハを表面側から仕上げ厚さを越えて円形に切削し、又はウエーハを裏面側から円形に完全切断して面取り部を除去する面取り部除去工程と、
該面取り部除去工程を実施する前又は後に、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、
該キャリアプレート配設工程を実施した後、ウエーハの裏面から該複数の埋め込み電極の先端の深さを検出する埋め込み電極検出工程と、
該埋め込み電極検出工程を実施した後、該埋め込み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、
該裏面研削工程を実施した後、ウエーハの裏面からウエーハをエッチングして該埋め込み電極をウエーハの裏面から突出させて貫通電極とするエッチング工程と、
該エッチング工程を実施した後、ウエーハの裏面に絶縁膜を被覆する絶縁膜被覆工程と、
該絶縁膜被覆工程を実施した後、ウエーハの裏面から突出した該貫通電極を除去して該絶縁膜から露出させるとともに該貫通電極の頭を該絶縁膜と同一面に仕上げる仕上げ工程と、
該仕上げ工程を実施した後、該各貫通電極の頭にバンプを配設するバンプ配設工程と、
該バンプ配設工程を実施した後、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着するとともにウエーハの表面から該キャリアプレートを取り外し、ウエーハを該ダイシングテープに移し替える移し替え工程と、
該移し替え工程を実施した後、ウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、を含み、
前記裏面研削工程において、ウエーハの裏面を研削して薄化する際、ウエーハの裏面を検出手段で検出して埋め込み電極が裏面に露出したことを検出した瞬間に研削を終了し、埋め込み電極の研削量を極力抑えることを特徴とするウエーハの加工方法。