TWI608531B - Wafer processing method (2) - Google Patents

Description

晶圓之加工方法(二) 發明領域

本發明是有關於在半導體晶圓等的晶圓中形成通孔的晶圓之加工方法。

發明背景

在半導體裝置製造程序中，略圓板狀的半導體晶圓的表面被排列成格子狀之稱為「道(street)」的分割預定線劃分成複數個區域，並於該劃分的區域中形成IC、LSI等裝置。並且，藉由沿道切斷半導體晶圓以分割形成裝置之區域，製造出各個個別的半導體晶片。

為了謀求裝置的小型化、高機能化，使堆疊複數個裝置，並與設置在所堆疊的裝置上的焊墊(bonding pad)連接的模組構造被實用化。此模組構造是在半導體晶圓中設有焊墊的地方形成通孔(via hole)，並在該通孔中埋入銅等可和焊墊連接的導電性材料之構造(例如，參照專利文獻1)。

設置在上述半導體晶圓中的通孔，通常是藉由鑽孔形成。然而，設置在半導體晶圓上的通孔直徑為較小之90~300μm，以鑽孔形成穿孔會有生產性差的問題。

為了解除上述問題，有在基板表面形成複數個裝置，同時對在該裝置上形成有焊墊的晶圓，以從基板的背面側照射脈衝雷射光線以有效率地形成通達焊墊之通孔的晶圓之穿孔方法被提出(例如，參照專利文獻2、專利文獻3)。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2003-163323號公報

專利文獻2：日本專利特開2007-67082號公報

專利文獻3：日本專利特開2007-330985號公報

發明概要

因而，從基板的背面側照射脈衝雷射光線以形成通達焊墊的通孔時，要在形成於基板的通孔通達焊墊的時間點上停止脈衝雷射光線的照射是困難的，而有焊墊熔解形成開孔的問題。

又，從基板的背面側照射脈衝雷射光線以形成通達焊墊的通孔時，在圍繞通孔開口部會有寬度為10μm左右且高度為20~30μm之碎屑堆積成如焊疤(crater)之環狀而使裝置的品質降低，同時在背面以厚度10μm左右之環氧樹脂等的絕緣膜披覆之晶圓，則會發生所堆積的碎屑穿透絕緣膜而使裝置品質降低之問題。

本發明是鑒於上述事實而做成，其主要技術課題在於提供，不會產生碎屑而且可以有效率地在晶圓中形成通孔的晶圓之加工方法。

為了解決上述主要技術課題，透過本發明所提供的晶圓之加工方法為，在晶圓中形成通孔的晶圓之加工方法，特徵為包含：以使對晶圓具有穿透性波長的脈衝雷射光線的聚光點定位在應當形成通孔區域內部以對晶圓照射該脈衝雷射光線，並形成非晶質細絲之細絲形成步驟，及透過可蝕刻非晶質細絲之蝕刻劑蝕刻在晶圓中形成的非晶質細絲，以在晶圓中形成通孔的蝕刻步驟。

在上述細絲形成步驟中，使所照射的脈衝雷射光線聚光之聚光透鏡的數值孔徑(NA)是設定成0.1~0.3。

本發明的晶圓之加工方法，由於包含使對晶圓具有穿透性波長的脈衝雷射光線的聚光點定位在應當形成通孔區域內部以進行照射，並沿分割預定線形成非晶質細絲之細絲形成步驟和，透過可蝕刻非晶質細絲之蝕刻劑，蝕刻在晶圓中形成的非晶質細絲，以在晶圓中形成通孔的蝕刻步驟，故可藉由蝕刻在晶圓中形成的非晶質細絲而形成通孔，且不會產生碎屑，因而不會使裝置的品質降低，同時可以有效率地形成通孔。

又，由於在上述蝕刻步驟中是使用可蝕刻細絲的蝕刻劑，在形成與金屬所形成的焊墊連通的通孔的情況下，金 屬所形成的焊墊並不會被蝕刻，故可以解除在焊墊形成開孔之問題。

2‧‧‧半導體晶圓

21‧‧‧分割預定線

22‧‧‧裝置

23‧‧‧焊墊

24‧‧‧細絲

241‧‧‧細孔

242‧‧‧非晶質層

25‧‧‧通孔

2a‧‧‧表面

2b‧‧‧背面

3‧‧‧保護膠帶

4‧‧‧雷射加工裝置

41‧‧‧雷射加工裝置之夾頭台

42‧‧‧雷射光線照射機構

421‧‧‧套管

422‧‧‧聚光器

422a‧‧‧聚光透鏡

43‧‧‧拍攝機構

5‧‧‧蝕刻裝置

51‧‧‧蝕刻裝置之夾頭台

52‧‧‧蝕刻劑供給噴嘴

50‧‧‧蝕刻劑

LB‧‧‧脈衝雷射光線

P‧‧‧聚光點

X、Y‧‧‧箭頭符號

圖1為以本發明的晶圓之加工方法所加工的半導體晶圓的立體圖；圖2(a)、(b)為保護構件貼附步驟的說明圖；圖3為用於實施細絲形成步驟之雷射加工裝置的主要部位立體圖；圖4(a)、(b)為細絲形成步驟的說明圖；及圖5(a)、(b)為蝕刻步驟的說明圖。

用以實施發明之形態

以下，參照本發明的晶圓之加工方法的附加圖式，作更詳細的說明。

圖1顯示以本發明的晶圓之加工方法所加工的作為晶圓之半導體晶圓2的立體圖。圖1所示之半導體晶圓2是在厚度為300μm的矽基板的表面2a以排列成格子狀的複數條分割預定線21劃分成複數個區域，並分別於此等劃分的區域中形成IC、LSI等裝置22。各個此等裝置22，全部都做成相同的構造。並分別於裝置22的表面形成複數個焊墊23。此等焊墊23是由鋁、銅、金、白金、鎳等金屬材料製成，並形成為1~5μm之厚度。此外，在本實施形態中，是將焊墊23的間隔設定成1mm。

接著針對對上述半導體晶圓2上所形成的各裝置 22之焊墊23部形成通孔的晶圓之加工方法作說明。首先，為了要保護在半導體晶圓2之表面2a所形成的裝置22，實施在半導體晶圓2的表面2a貼附保護構件之保護構件貼附步驟。亦即，如圖2所示，在半導體晶圓2的表面2a貼附作為保護構件的保護膠帶3。此外，在本實施形態中的保護膠帶3為，在厚度為100μm之由聚氯乙烯(PVC)所形成的片狀基材表面塗布厚度5μm左右的丙烯酸樹脂系膠料。

於實施了上述的保護構件貼附步驟後，則可實施 使對晶圓具有穿透性波長的脈衝雷射光線的聚光點定位在應當形成通孔區域內部以對晶圓照射該脈衝雷射光線，並形成非晶質細絲之細絲形成步驟。此細絲形成步驟是使用圖3所示之雷射加工裝置4實施。圖3所示之雷射加工裝置4具備，保持被加工物之夾頭台41和，對該夾頭台41上所保持的被加工物照射雷射光線的雷射光線照射機構42和，拍攝該夾頭台41上所保持的被加工物的拍攝機構43。夾頭台41構成為可吸引保持被加工物，並形成可藉由圖未示之加工傳送機構使其可在圖3中以箭頭符號X表示的加工傳送方向上移動，同時可藉由圖未示之分度傳送機構使其可在圖3中以箭頭符號Y表示的分度傳送方向上移動。

上述雷射光線照射機構42包含實質上呈水平配 置的圓筒形套管421。套管421內配設有圖未示之具備脈衝雷射光線振盪器和重複頻率設定機構的脈衝雷射光線振盪機構。在上述套管421的先端部裝設有具備用於使從脈衝雷射光線振盪機構振盪產生的脈衝雷射光線聚光之聚光透鏡 422a的聚光器422。重要的是，此聚光器422之聚光透鏡422a是將數值孔徑(NA)設定在0.1~0.3的範圍內。在本實施形態中，是將數值孔徑(NA)設定成0.25。此外，雷射光線照射機構42具備用於調整以聚光器422聚光之脈衝雷射光線的聚光點位置的聚光點位置調整機構(圖未示)。

在本實施形態中，裝設在套管421中的拍攝機構43，除了透過可見光進行拍攝之通常的拍攝元件(CCD)外，還由用於對被加工物照射紅外線之紅外線照明機構和，捕捉由該紅外線照明機構所照射的紅外線的光學系統和，可輸出與該光學系統所捕捉之紅外線相對應之電訊信號的拍攝元件(紅外線CCD)等所構成，並將所拍攝到的影像信號傳送到後述之控制機構。

針對使用上述雷射加工裝置4，使對構成半導體晶圓2之矽基板具有穿透性波長的脈衝雷射光線的聚光點定位在應當形成通孔區域內部以進行照射，進而形成非晶質細絲之細絲形成步驟，將參照圖3與圖4作說明。

首先，使半導體晶圓2以表面2a貼附有保護膠帶3側載置於上述圖3所示之雷射加工裝置4的夾頭台41上。並且，藉由使圖未示之吸引機構作動，使半導體晶圓2透過保護膠帶3保持於夾頭台41上(晶圓保持步驟)。因此，保持在夾頭台41上的半導體晶圓2變成背面2b在上側。這樣做，使吸引保持半導體晶圓2的夾頭台41可透過圖未示之加工傳送機構定位至拍攝機構43的正下方。

使夾頭台41定位在拍攝機構43的正下方時，可變 成夾頭台41上的半導體晶圓2定位於預定的座標位置之狀態。在該狀態下，實施使保持在夾頭台41上的半導體晶圓2上所形成的格子狀分割預定線21是否排列成平行X方向和Y方向的校準作業(校準步驟)。亦即，以拍攝機構43拍攝保持在夾頭台41上的半導體晶圓2，並實行模板比對(pattern matching)等的影像處理，以進行校準作業。此時，雖然半導體晶圓2形成有分割預定線21的表面2a位於下側，但是由於拍攝機構43為具有如上述之由紅外線照明機構和捕捉紅外線的光學系統以及可輸出對應紅外線之電訊信號的拍攝元件(紅外線CCD)等所構成之拍攝機構，故可從背面2b透過以拍攝分割預定線21。

藉由實施上述校準步驟，使保持在夾頭台41上的 半導體晶圓2可定位至預定的座標位置。再者，在形成於半導體晶圓2表面2a之裝置22上所形成的複數個焊墊23，其設定上的座標位置會預先儲存在雷射加工裝置4之圖未示的控制機構中。

若實施了上述校準步驟，則可如圖4(a)所示，使 夾頭台41移動，並使半導體晶圓2於第1方向上所形成的複數個裝置22中位於圖4(a)最左端的裝置22定位至聚光器422的正下方。並且，是使位於圖4(a)最左端之裝置22上所形成的複數個焊墊23中最左端的焊墊23定位至聚光器422的正下方。

接著，使從聚光器422所照射之脈衝雷射光線LB的聚光點P定位於半導體晶圓2的厚度方向中間部。在本實施形態 中，是將此脈衝雷射光線的聚光點P設定在距離半導體晶圓2之作為雷射光線LB照射面的背面2b(頂面)160μm的下方位置處。因而，可從聚光器422照射1脈衝對矽基板具有穿透性波長的脈衝雷射光線(細絲形成步驟)。

上述細絲形成步驟之加工條件，可舉例設定如下。

波長：1030nm

重複頻率：50kHz

脈波寬度：10ps

平均輸出：3W

聚光透鏡的數值孔徑(NA)：0.25

聚光點點徑：φ10μm

焦距：-160μm(從入射面散焦(defocus))

藉由以上述加工條件實施細絲形成步驟，如圖4(b)所示地，可在半導體晶圓2內部，形成從作為雷射光線LB的照射面之背面2b(頂面)延伸到形成於表面2a(底面)之焊墊23的非晶質細絲24。如圖4(b)所示，該細絲24是由形成於中心之細孔241和在該細孔241周圍所形成的非晶質層242所構成。再者，在上述細絲形成步驟所形成的非晶質細絲24，由於可從半導體晶圓2的雷射光線LB照射面(頂面)延伸形成到底面，故即使被加工物的厚度厚也可以只照射1次脈衝雷射光線，因而變得生產性相當良好。

對與半導體晶圓2上所形成之所有焊墊23相對應的應當形成通孔區域實施上述細絲形成步驟。其結果，可 在半導體晶圓2中，於對應焊墊23的應當形成通孔區域形成上述非晶質細絲24。

實施了上述細絲形成步驟後，可實施利用蝕刻劑蝕刻在已實施過細絲形成步驟的半導體晶圓2中所形成的細絲24，並藉由蝕刻非晶質細絲24，形成通孔的蝕刻步驟。該蝕刻步驟是利用圖5(a)所示的蝕刻裝置5實施。如圖5(a)所示，蝕刻裝置5具有吸引保持被加工物的夾頭台51和，對保持在該夾頭台51上的被加工物供給蝕刻劑的蝕刻劑供給噴嘴52。要使用如此構成的蝕刻裝置5實施上述蝕刻步驟時，是如圖5(a)所示地，使已實施細絲形成步驟的半導體晶圓2之表面2a貼附有保護膠帶3側載置於蝕刻裝置5的夾頭台51上。並且，藉由使圖未示之吸引機構作動，使半導體晶圓2透過保護膠帶3保持於夾頭台51上(晶圓保持步驟)。因此，保持在夾頭台51上之已實施細絲形成步驟的半導體裝置晶圓2變成背面2b在上側。接著，一邊使夾頭台51以例如10~60rpm之旋轉速度旋轉，一邊從蝕刻劑供給噴嘴52供給用於蝕刻在半導體晶圓2中所形成之細絲24的蝕刻劑50。而，關於蝕刻劑，在半導體晶圓2是由矽基板所形成時，可以使用氫氟酸、氫氟酸+硝酸。又，晶圓是由藍寶石(sapphire)基板形成時可使用氫氟酸、濃硫酸，晶圓是由玻璃基板形成時可使用氫氟酸、氫氧化鉀(KOH)。

如上所述，一邊使保持有已實施細絲形成步驟之半導體晶圓2的夾頭台51旋轉一邊從蝕刻劑供給噴嘴52供給蝕刻劑50時，蝕刻劑可迅速地滲透至非晶質細絲24中以 進行蝕刻。其結果，如圖5(b)所示地，使非晶質細絲24被蝕刻去除，而於半導體晶圓2中形成從背面2b通達焊墊23之直徑為30μm左右的通孔25。

在上述晶圓之加工方法中，由於可藉由蝕刻在半 導體晶圓2中所形成的非晶質細絲24形成通達焊墊23的通孔25，故不會產生碎屑，而不會使裝置之品質降低。又，由於在上述蝕刻步驟中是使用用於蝕刻細絲24的蝕刻劑(氫氟酸、氫氟酸+硝酸)，故金屬所形成的焊墊23不會被蝕刻，因而可以解除在焊墊形成開孔之問題。

再者，於上述蝕刻步驟中供給半導體晶圓2之背面2b蝕刻劑50時，雖然背面2b也會被蝕刻，但由於與非晶質細絲24相比，蝕刻速度為1/10左右，故蝕刻量極微並無問題。

於實施了上述蝕刻步驟後，在半導體晶圓2中所形成之通達焊墊23的通孔25中埋設銅等金屬。

以上，為根據圖式所示之實施形態說明本發明，但是本發明並未受實施形態所限定，並可在本發明主旨之範圍內進行各種變形。例如，在上述實施形態中雖然例示了在矽基板形成的半導體晶圓2中形成通孔之例，但是將本發明應用至由藍寶石基板形成的晶圓和玻璃基板形成的晶圓也能得到上述的作用效果。

又，在上述蝕刻步驟中，雖然例示了濕式蝕刻之例，但是也可以實施使用了SF₆或C₄F₈之電漿蝕刻。

2‧‧‧半導體晶圓

22‧‧‧裝置

23‧‧‧焊墊

24‧‧‧細絲

241‧‧‧細孔

242‧‧‧非晶質層

2a‧‧‧表面

2b‧‧‧背面

3‧‧‧保護膠帶

41‧‧‧雷射加工裝置之夾頭台

422‧‧‧聚光器

422a‧‧‧聚光透鏡

LB‧‧‧脈衝雷射光線

P‧‧‧聚光點

Claims (2)

1. 一種晶圓之加工方法，為在晶圓中形成通孔的晶圓之加工方法，特徵為包含：使對晶圓具有穿透性波長的脈衝雷射光線的聚光點定位在應當形成通孔之區域的內部來對晶圓照射該脈衝雷射光線，形成非晶質細絲之細絲形成步驟，及透過可蝕刻非晶質細絲之蝕刻劑蝕刻晶圓中所形成的非晶質細絲，以在晶圓中形成通孔的蝕刻步驟，在該細絲形成步驟中，是形成由形成於中心的細孔、及形成於該細孔之周圍的非晶質構成的細絲。
2. 如請求項1所述的晶圓之加工方法，其中，在該細絲形成步驟中，使所照射的脈衝雷射光線聚光之聚光透鏡的數值孔徑(NA)是設定成0.1~0.3。