JP4927484B2

JP4927484B2 - 積層用デバイスの製造方法

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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をシリコンウエーハ等の半導体ウエーハから製造する方法に関する。

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２００５−１６６９６６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エ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、貫通電極はウエ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エ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エ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。

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を製造するにあたり、デバイスに個片化される前のウエーハが薄化された後の剛性を確保し、薄いウエ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、もって生産性や歩留まりの向上が図られる積層用デバイスの製造方法を提供することを目的としている。

本発明の積層用デバイスの製造方法は、表面に複数のデバイスが形成された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エーハから積層用デバイスを得る方法であって、ウエ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、該ウエーハの裏面の、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、外周余剰領域の環状凸部を除去加工した後に、該ウエーハをデバイスごとに分割して個片化する分割工程を備えることを特徴としている。

本発明によれば、複数のデバイスに個片化する前のウエーハの、薄化が必要とされるデバイス形成領域のみの裏面を研削加工して薄化し、デバイス形成領域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、ウエーハの剛性は環状凸部によって確保される。したがって、貫通電極を裏面側に突出させるためにウエーハ裏面をエッチングする工程への移送や該工程自体を容易に、かつ円滑に行うことができる。また、その後の分割工程への移送等も破損させることなく安全に進めることができ、生産性や歩留まりの向上が図られる。

本発明では、上記分割工程を、ウエーハの裏面を露出させて保持した状態で行う形態が挙げられる。また、その分割工程で切削ブレードによりダイシングしてウエーハを分割して複数のデバイスに個片化する場合などは、外周余剰領域の環状凸部を除去加工した後にウエーハを分割するので、切削ブレードが環状凸部に干渉せず円滑に切断することができる。

本発明によれば、裏面研削によるウエーハの薄化を、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、ウエーハの剛性を確保することができ、その結果として、薄いウエ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、もって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を半導体チップの製造方法に適用した一実施形態を説明する。
［１］半導体ウエーハ
図１の符号１は、製造する半導体チップの素材である円盤状の半導体ウエーハ（以下ウエーハと略称）を示している。このウエーハ１はシリコンウエーハ等であって、厚さは例えば６００μｍ程度のものである。ウエーハ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、ウエーハ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はウエーハの大部分を占めており、このデバイス形成領域４の周囲であってウエーハの外周部が、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、ウエーハ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。

各半導体チップ３の表面には、図１に示すように複数のバンプ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に付着されている。本実施形態は、図１に示すウエーハ１を分割予定ライン２に沿って切断、分割して複数の半導体チップ３を得る方法である。

［２］製造方法の概要
本実施形態の製造方法は、まず、図２（ａ）で示すウエーハ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は後にウエーハ１を貫通する状態となる貫通電極８Ａとなるもので、半導体チップ３の厚さよりも深く形成されている。金属電極８は、ウエーハ１の表面に穿孔したビアホール９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エーハ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）に示すようにウエーハ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、このため突端が尖鋭状となり、また高さも揃っていない。バンプ７は、金属電極８に付着された後に突端が一様に切削されて同一高さに揃えられる。

次に、図２（ｄ）に示すように、ウエーハ１の表面に、高さが揃えられたバンプ７を覆う保護テープ１０を貼着してから、ウエーハ１の裏面を研削加工してウエーハ１を薄化し、金属電極８を裏面に露出させる。保護テープ１０は、表面の電子回路やバンプ７が傷付くことを防止するためにウエーハ１の裏面に貼着される。ウエーハ１の裏面が研削加工されて薄化されたことにより、金属電極８はウエーハ１を厚さ方向に貫通し、貫通電極８Ａとなる。

ウエーハ１を薄化する部分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、ウエーハ１の裏面にはデバイス形成領域４がへこんだ凹部が形成されると同時に、その凹部の周囲の外周余剰領域５には後述するように元のウエーハ厚さが残った環状凸部が形成される（図８参照）。次に、図２（ｅ）に示すように、研削加工されたウエーハ１の裏面を僅かの厚さ除去し、貫通電極８Ａを裏面側に突出させて裏面側電極部１１を形成する。

これでデバイス形成領域４のウエーハ１の厚さは目的厚さとなり、この後、保護テープ１０を剥離してから、分割予定ライン２を切断してウエーハ１を分割し、個片化した複数の半導体チップ３を得る。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、また、半導体チップ３自身に別の半導体チップ３が積層されて、積層型の半導体パッケージに製造される。

図３は、インターポーザ２０上に半導体チップ３が３層の状態で積層されてインターポーザ２０に樹脂２１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２０上の半導体チップ３は、インターポーザ２０に同様に形成されている貫通電極２２に裏面側電極部１１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１１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２０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２２に導通するバンプ２３が形成されている。

［３］半導体チップの製造方法
続いて、図１に示したウエーハ１、すなわち図２（ｃ）で示したバンプ７の高さが不揃いの状態のウエーハ１から複数の半導体チップ３を得るまでの具体的方法を説明する。

（１）バンプの高さ均一化工程
図４に示す切削装置１００を用いて、ウエーハ１の表面に突出するバンプ７の突端を切削して平坦化させ、これらバンプ７の高さを同一に揃える。バンプ７の高さは、５０〜１００μｍ程度に調整される。

図４により切削装置１００を説明する。切削装置１００は直方体状の基台１１０を備えており、この基台１１０の長手方向一端部には、基台１１０の水平な上面に対して垂直な壁部１１２が立設されている。図４では、基台１１０の長手方向、長手方向に直交する水平な幅方向および鉛直方向を、それぞれＹ方向、Ｘ方向およびＺ方向で示している。基台１１０上は、長手方向のほぼ中間部分から壁部１１２側がウエーハ１を切削加工する加工エリア１１０Ａとされている。そして、壁部１１２とは反対側が、加工エリア１１０Ａに加工前のウエーハ１を供給し、かつ、加工後のウエーハ１を回収する着脱エリア１１０Ｂとされている。

加工エリア１１０Ａには矩形状のピット１１３が形成されている。このピット１１３内には、図示せぬ駆動機構によりＹ方向に往復移動させられるテーブルベース１４０が配設されている。テーブルベース１４０上には、Ｚ方向（鉛直方向）に延びる回転軸回りに回転駆動する真空チャック式のチャックテーブル１５０が装着されている。チャックテーブル１５０の上面は水平なウエーハ保持面とされ、この保持面には、真空運転時に上方の空気を吸引してウエーハ１を吸着する吸着エリアが設けられている。テーブルベース１４０の移動方向の両端部には、テーブルベース１４０の移動路を覆って塵埃等が侵入することを防ぐための蛇腹状のカバー１４１，１４２が伸縮自在に設けられている。

チャックテーブル１５０は、テーブルベース１４０ごと壁部１１２側に移動させられて所定の加工位置に位置付けられる。その加工位置の上方には、切削ユニット１２０が配されている。この切削ユニット１２０は、基台１１０の壁部１１２に、移動板１３２およびガイドレール１３１を介して昇降自在に取り付けられており、モータ１３０によって作動する送り機構１３３によって昇降させられる。

切削ユニット１２０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１２２と、このスピンドルハウジング１２２内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドル１２３と、スピンドルハウジング１２２の上端部に固定されてスピンドル１２３を回転させるモータ１２４と、スピンドル１２３の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ１２５とを備え、スピンドルハウジング１２２がブロック１３４を介して移動板１３２に固定されている。フランジ１２５は、モータ１２４によって図４の矢印（フランジ１２５の上面に記載）方向に回転させられる。

フランジ１２５の下面には、バンプ７の突端を切削するバイト１２６が着脱可能に取り付けられている。このバイト１２６は、ダイヤモンド、超硬合金、ＣＢＮ等の硬質材料からなる刃部を有している。加工エリア１１０Ａには、チャックテーブル１５０上に保持されてバイト１２６で切削されるウエーハ１の被切削面（バンプ７の被切削部分）に高圧のエアを噴射して切削屑を除去するエアノズル１２７が配設されている。

着脱エリア１１０Ｂの中央には矩形状のピット１８０が形成されており、このピット１８０の底部には、上下移動する２節リンク式の移送ロボット１６０が設置されている。この移送ロボット１６０の周囲には、上から見た状態で反時計回りに、供給カセット１６１、位置合わせ台１６２、旋回アーム式の供給アーム１６３、供給アーム１６３と同じ構造の回収アーム１６４、スピンナ式の洗浄装置１６５、回収カセット１６６が、それぞれ配置されている。供給アーム１６３と回収アーム１６４の間には、チャックテーブル１５０に洗浄水および高圧エアを噴射してチャックテーブル１５０を洗浄する洗浄ノズル１６７が配設されている。

上記切削装置１００によれば、次のようにしてウエーハ１の表面に突出するバンプ７の突端が切削される。供給カセット１６１内には複数のウエーハ１が積層して収容され、そのうちの１枚のウエーハ１が、移送ロボット１６０によって位置合わせ台１６２に移され、位置決めされる。続いて供給アーム１６３によって、着脱エリア１１０Ｂに近接した着脱位置で待機し、かつ真空運転されているチャックテーブル１５０上に、バンプ７が突出する表面を上に向けた状態にウエーハ１が移される。ウエーハ１はチャックテーブル１５０上に吸着、保持される。

切削ユニット１２０においては、フランジ１２５を回転させるとともに、Ｚ方向の位置を、バンプ７に対するバイト１２６の切り込み深さが所定値（切削後のバンプ７の高さが上記のように５０〜１００μｍになる値）になるよう調整する。そして、ウエーハ１を吸着、保持したチャックテーブル１５０を所定速度で壁部１１２方向に送り込み、これにより、回転するバイト１２６によって全てのバンプ７の突端を切削して平坦化させ、高さを揃える。図５（ａ）〜（ｃ）は、切削ユニット１２０によって高さが不揃いのバンプ７の突端を切削して高さを揃えられる過程を示している。図５（ｂ）の破線は回転するバイト１２６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。

バンプ７の切削にあたっては、エアノズル１２７から高圧のエアをウエーハ１に噴射し、切削屑を除去しながら行う。なお、バンプ切削時においてはチャックテーブル１５０は回転させないが、回転させる場合もある。例えば、チャックテーブル１５０の移動距離を短くする場合や、バイト１２６の回転軌跡の直径がウエーハ１の直径よりも短い場合などは、チャックテーブル１５０を回転させ、ウエーハ１側の切削必要領域をバイト１２６の切削領域内に入れる。

以上のようにしてバンプ７の高さが均一化されたら、チャックテーブル１５０を着脱位置に移動させるとともに、チャックテーブル１５０の真空運転を停止させる。次に、回収アーム１６４によってチャックテーブル１５０上のウエーハ１を洗浄装置１６５内に移送し、ウエーハ１を洗浄装置１６５で水洗、乾燥してから、移送ロボット１６０によって回収カセット１６６内に移送、収容する。洗浄ノズル１６７からは、着脱位置で停止しているチャックテーブル１５０に向けて洗浄水と高圧エアが噴射され、チャックテーブル１５０が洗浄される。

（２）保護テープ貼着工程、
続いて、図６に示すように、ウエーハ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、上述の如く表面の電子回路や、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エーハ１の裏面に貼着される。バンプ７のウエ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、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保護テープが好ましい。

（３）裏面凹部形成工程
次に、図７に示す研削装置２００を用いて、ウエーハ１の裏面のデバイス形成領域４に対応する領域のみを研削加工して薄化し、図８に示すように裏面側に凹部１２を形成する裏面凹部形成工程を行う。凹部１２の深さは、図２（ｄ）に示したように金属電極８が研削加工面に露出する程度とされる。図７に示す研削装置２００は、ウエーハ１を保持するチャックテーブル２１５と、このチャックテーブル２１５の上方に配される研削ユニット２２０とを備えている。チャックテーブル２１５は、上記切削装置１００のチャックテーブル１５０と同様の真空チャック式であり、水平な上面に、ウエーハ１を吸着、保持する吸着エリアを有している。

研削ユニット２２０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２２１と、このスピンドルハウジング２２１内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドル２２２と、スピンドルハウジング２２１の上端部に固定されてスピンドル２２２を回転駆動するモータ２２３と、スピンドル２２２の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ２２４とを具備している。そしてフランジ２２４には、カップホイール２２５がねじ止め等の手段によって着脱自在に取り付けられる。

カップホイール２２５は、円盤状で下部が円錐状に形成されたフレーム２２６の下端面に、該下端面の外周部全周にわたって複数の砥石２２７が環状に配列されて固着されたものである。砥石２２７は、例えばビトリファイドと呼ばれるガラス質の焼結材料にダイヤモンド砥粒を混ぜて焼成したものなどが用いられ、シリコンウエーハの研削用としては♯２８０〜♯８０００程度の粒度の砥粒が混入されたものが好適に用いられる。図７（ｂ）に示すように、カップホイール２２５の研削外径、すなわち複数の砥石２２７の外周縁の直径は、ウエーハ１のデバイス形成領域４の半径にほぼ等しいか、やや大き目に設定されている。

上記研削装置２００によれば、ウエーハ１を、保護テープ１０が貼着された表面側がチャックテーブル２１５の上面に密着し、裏面を上に向けて露出させた状態で、なおかつチャックテーブル２１５と同心状となるように、吸着、保持させ、チャックテーブル２１５を回転させる。そして、研削ユニット２２０全体を下降させ、カップホイール２２５を２０００〜５０００ｒｐｍ程度で回転させながら、砥石２２７をウエーハ１の裏面のデバイス形成領域４に押し当てることにより、該領域を研削加工し、薄化する。ウエーハ１の被研削面には、研削水が供給される。カップホイール２２５の砥石は、研削軌跡が、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との境界線）からウエーハ１の中心をやや超える範囲を通るようにウエーハ１に対して位置付けられる。これによってウエーハ１の裏面のデバイス形成領域４に対応する領域のみが研削加工され、薄化される。

ウエーハ１の裏面のデバイス形成領域４に対応する領域が、金属電極８に達する程度の深さまで研削加工されて薄化されたら、研削ユニット２２０を上昇させて砥石２２７をウエーハ１から離すとともに、チャックテーブル２１５の回転を停止させる。ウエーハ１の裏面側には、この研削加工によって図８に示すようにデバイス形成領域４に対応する領域に凹部１２が形成されると同時に、外周余剰領域５に対応する領域に、元の厚さが残って裏面側に突出する環状凸部１３が形成され、ウエーハ１全体が断面凹状に加工される。凹部１２の厚さは、例えば２００〜１００μｍ程度、あるいは５０μｍ程度とされる。

図８（ａ）に示すように、凹部１２の底面１２ａには、中心から放射状に多数の弧を描いた形状の、砥石２２７による研削条痕１４が残留する。この研削条痕１４は砥石２２７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。同様のダメージは、環状凸部１３の内周面にも形成されている。図示はしないが、図８に示す凹部１２の底面１２ａには金属電極８の研削された端面が露出し、図２（ｄ）に示したように金属電極８はウエーハ１を厚さ方向に貫通した貫通電極８Ａとなる。

（４）エッチング工程
次に、ウエーハ１の裏面にエッチングを施して凹部１２の底面１２ａを僅かの厚さ除去し、図２（ｅ）に示したように貫通電極８Ａを裏面側に突出させて裏面側電極部１１を形成する。裏面側電極部１１の突出量はエッチングによる除去厚さ量にほぼ等しく、例えば５μｍ程度とされる。エッチングの方法としては、ウエーハ材料のシリコンは反応して除去され、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、ウエーハ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ＣＦ_４，ＳＦ_６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はそのままウエーハ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、ウエーハ１の凹部１２の底面１２ａから貫通電極８Ａが突出して裏面側電極部１１が形成されるが、これに加えて、上述した研削条痕１４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、ウエーハ１、あるいは個片化された半導体チップ３は強度が向上したものとなる。図９は、エッチングにより裏面側電極部１１が突出し、かつ研削条痕１４が除去されたウエーハ１の裏面側を示している。なお、機械的ダメージ層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。

（５）分割工程
以上で分割前のウエーハ１への加工は終了し、次いでこのウエーハ１の全ての分割予定ライン２を切断し、半導体チップ３ごとに分割して個片化する。半導体チップ３の分割装置としては、図１０に示す切削ブレードを用いたダイシング装置３００や、図１１に示すレーザ加工装置４００が好適に用いられる。これら分割装置にウエーハ１を供する際には、ウエーハ支持用の治具として、図１２に示すダイシングテープ３１およびダイシングフレーム３２が用いられる。

ダイシングテープ３１は、例えば、厚さ１００μｍ程度のポリ塩化ビニルを基材とし、その片面に厚さ５μｍ程度でアクリル樹脂系の粘着剤が塗布されたものが用いられる。ダイシングテープ３１の粘着面には、ウエーハ１の直径よりも大きな内径を有する環状のダイシングフレーム３２が貼り付けられる。ウエーハ１は、ダイシングフレーム３２内のダイシングテープ３１の粘着面に対し、図１２に示すように、凹部１２が形成された側の裏面を露出させた状態で貼り付けられる。その際には、貼り付け面側となる表面に保護テープ１０を予め貼り付けておく。ダイシングフレーム３２は剛性を有する金属板等からなるもので、ウエーハ１はダイシングフレーム３２を保持することによって運搬等の取扱いがなされる。

図１０のダイシング装置３００は、略直方体状の基台３１０を有している。この基台３１０の水平な上面には位置決め機構３２０が設けられ、この位置決め機構３２０の周囲に、上から見た状態で時計回りにカセット３３０、ダイシング機構３４０、洗浄ユニット３５０が配置されている。さらに、位置決め機構３２０の上方には、ウエーハ１の表面を撮影して、切断すべき分割予定ライン２を認識するための画像認識カメラ３６０が配設されている。

カセット３３０内には、上記のようにしてダイシングテープ３１を介してウエーハ１を保持した複数のダイシングフレーム３２が、ウエーハ１を上に配してほぼ水平に積層して収容される。なお、画像認識カメラ３６０は、図１２に示したようにウエーハ１が凹部１２が形成された裏面を露出させてダイシングテープ３１に貼り付けられ、裏面側から切削ブレードを切り込ませる場合には、裏面側から、表面側の分割予定ライン２を透過して認識する必要があり、それを可能とするために、赤外線カメラが好適に用いられる。

カセット３３０は、収容したウエーハ１を１段ずつ昇降させるエレベータ機構３３１上に載置される。カセット３３０からは、エレベータ機構３３１で最下段に移動させられたダイシングフレーム３２が取り出される。そのダイシングフレーム３２は位置決め機構３２０を経由してダイシング機構３４０に移され、ダイシング機構３４０によってウエーハ１が切断、分割され、複数の半導体チップ３に個片化される。カセット３３０から位置決め機構３２０に移されたウエーハ１は、位置決め機構３２０が具備する一対のガイドバー３２１に挟まれて定位置に保持され、そこで画像認識カメラ３６０により分割予定ライン２の位置確認がなされる。この画像認識カメラ３６０で撮影された画像データに基づき、ダイシング機構３４０が制御されるようになっている。

個片化された複数の半導体チップ３はダイシングテープ３１に貼り付いたままでウエーハ１の形態は保たれており、この後、ダイシングフレーム３２が位置決め機構３２０を経由して洗浄ユニット３５０に移され、この洗浄ユニット３５０で、複数の半導体チップ３に分割された状態のウエーハ１が洗浄される。洗浄されたウエーハ１はもう一度位置決め機構３２０を経由してカセット３３０に戻される。このようなウエーハ１の移送は、図示せぬ移送ロボットによってなされるようになっている。

ダイシング機構３４０は、基台３１０上にＸ方向に往復移動するように設けられたテーブルベース３５１と、このテーブルベース３５１上にＺ方向を回転軸として回転駆動するよう設けられた真空チャック式のチャックテーブル３５２と、このチャックテーブル３５２の上方に、Ｘ方向に並列状態に配された２つの切削ユニット３５５とを備えている。

ウエーハ１は、チャックテーブル３５２の水平な上面にダイシングテープ３１を介して吸着、保持される。テーブルベース３５１には、ダイシングフレーム３２を着脱自在に保持するクランプ３５３が設けられている。また、テーブルベース３５１の移動方向の両端部には、テーブルベース３５１の移動路を覆って塵埃等が侵入することを防ぐための蛇腹状のカバー３５４が伸縮自在に設けられている。

切削ユニット３５５は、軸方向がＹ方向と平行な状態に保持された円筒状のスピンドルハウジング３５６と、このスピンドルハウジング３５６内に設けられた図示せぬスピンドルに取り付けられた切削ブレード３５７とを備えている。スピンドルハウジング３５６は、基台３１０上に設けられた図示せぬフレームに、軸方向すなわちＹ方向に往復移動し、かつＺ方向に昇降するように支持されている。切削ユニット３５５は、図示せぬ駆動機構によってそれらの方向に移動させられる。スピンドルハウジング３５６の切削ブレード３５７が装着された側の端部には、ブレードカバー３５８が取り付けられている。このブレードカバー３５８には、切削水をウエーハ１の切削部分に向けて供給する切削水ノズル３５９Ａ，３５９Ｂが取り付けられている。

上記構成のダイシング機構３４０によれば、チャックテーブル３５２上にダイシングテープ３１を介してウエーハ１が保持され、チャックテーブル３５２を回転させて分割予定ライン２を切削ブレード３５７に合わせてから、切削ブレード３５７を下降させ、次いでテーブルベース３５１をＸ方向に移動させることにより、切削ブレード３５７が分割予定ライン２に切り込んでいき、１本の分割予定ライン２に沿ってウエーハ１が切断される。

ダイシング機構３４０においては、２つの切削ユニット３５５のＹ方向およびＺ方向の移動と、テーブルベース３５１のＸ方向の移動と、チャックテーブル３５２の回転とが適宜に組み合わされて、全ての分割予定ライン２が切断される。切削ブレード３５７の切り込み深さは、ウエーハ１を貫通し、かつ保護テープ１０に僅かに切り込む程度とされる。

ダイシング機構３４０は、切削ユニット３５５が２つあることにより、例えばこれら切削ユニット３５５の切削ブレード３５７の軸方向（Ｙ方向）を分割予定ライン２の間隔分ずらして配置すると、１回のＸ方向への移動で２本の分割予定ライン２を切断することができる。

上記のようにして分割予定ライン２を切断するにあたっては、事前に裏面側の環状凸部１３を除去してウエーハ１を平坦としてから行ってもよい。環状凸部１３の除去は、例えば図７に示したような回転する砥石を環状凸部１３の裏面側の端面１３ｂ（図８（ｂ）参照）に押し当て、研削して除去したり、上記ダイシング装置３００を用いて環状凸部１３を含む外周余剰領域５全体をデバイス形成領域４から切り離すように切断するなどの方法によってなされる。

環状凸部１３を除去してウエーハ１を平坦化させると、ウエーハ１を、図１３に示すように半導体チップ３が形成された側の表面を露出させた状態でダイシングテープ３１に貼り付け、この状態でチャックテーブル３５２上にセットすることができる。この場合には、分割予定ライン２をＣＣＤカメラ等の標準的なカメラで撮像することができるため、赤外線カメラを用いる必要がない。また、裏面側を露出させてチャックテーブル３５２上にウエーハ１を保持させた場合には、赤外線カメラは必要であるものの、分割予定ライン２を切断する際に環状凸部１３が障害にならないといった利点がある。

図１１のレーザ加工装置４００は、基台４１０上に、水平なＸ方向およびＹ方向に移動自在とされたＸＹ移動テーブル４１１が設けられ、このＸＹ移動テーブル４１１上に真空チャック式のチャックテーブル４１２が水平に設置されている。ウエーハ１は、ダイシングフレーム３２が貼着されたダイシングテープ３１を介してチャックテーブル４１２上に吸着、保持され、上方に配置されたレーザノズル４５０から下方に向けて射出されるレーザ光線によって切断加工される。レーザノズル４５０から射出されるレーザ光線は、ＹＡＧレーザ発振器等で発振されるものであり、例えば出力１〜５Ｗ、波長１０６４ｎｍの特性を有するものなどが好適とされる。

ＸＹ移動テーブル４１１は、基台４１０上に一対のガイドレール４２１を介してＸ方向に移動自在に設けられたＸ軸ベース４２０と、このＸ軸ベース４２０上に一対のガイドレール４３１を介してＹ方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース４３０との組み合わせで構成されている。Ｘ軸ベース４２０はＸ軸駆動機構４２２によってＸ方向に往復移動させられ、Ｙ軸ベース４３０はＹ軸駆動機構４３２によってＹ方向に移動させられるようになっている。チャックテーブル４１２はＹ軸ベース４３０上に回転駆動するように設けられており、Ｘ軸ベース４２０およびＹ軸ベース４３０の移動に伴って、Ｘ方向およびＹ方向に移動させられるようになっている。

レーザノズル４５０は、Ｙ方向に延びる円筒状の加工軸４４０の先端に取り付けられている。加工軸４４０は、基台４１０に固定されたコラム４１３に昇降するように設けられ、加工軸４４０の昇降により、チャックテーブル４１２上に保持されるウエーハ１へのレーザノズル４５０の距離が適切に調整されるようになっている。加工軸４４０には、アーム４６１を介して、図１０のダイシング装置３００が具備するものと同様の画像認識カメラ４６０が取り付けられている。レーザノズル４５０の移動によるウエーハ切断動作は、画像認識カメラ４６０で撮影された画像データに基づき制御される。

以上の工程を経て、図１に示したウエーハ１から、個片化した複数の半導体チップ３が得られる。この半導体チップ３は、例えば図３に示したように、インターポーザ２０上に複数層に積層されて半導体パッケージとされる。

本実施形態の半導体チップの製造方法では、複数の半導体チップ３に個片化する前のウエーハ１の、薄化が必要とされるデバイス形成領域４のみの裏面を研削加工して薄化し、デバイス形成領域４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１３を形成している。したがって、薄化はされたものの、ウエーハ１の剛性は環状凸部１３によって確保される。このため、貫通電極８Ａをウエーハ１の裏面側に突出させて裏面側電極部１１を形成するためにウエーハ１をエッチング工程に移送したり、また、このエッチング工程を行うこと自体が、容易、かつ円滑に行うことができる。また、その後の分割工程への移送等もウエーハ１を破損させることなく安全に進めることができ、その結果として生産性や歩留まりを向上させることができる。

本発明の一実施形態の方法で半導体チップに分割されるウエーハの斜視図であり、拡大部分は該ウエーハの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。一実施形態の方法の概要を（ａ）〜（ｅ）の順に示す断面図である。一実施形態で製造された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。バンプの高さ均一化工程で用いられる切削装置の斜視図である。バンプの高さ均一化工程を（ａ）〜（ｃ）の順に示す断面図である。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エーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。裏面凹部形成工程で用いられる研削装置の（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。裏面凹部形成工程で裏面に凹部が形成されたウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。エッチング工程を経たウエーハの裏面側を示す（ａ）平面図、（ｂ）斜視図である。分割工程で用いられるダイシング装置の斜視図である。分割工程で用いられるレーザ加工装置の斜視図である。裏面側が露出した状態でウエーハがダイシングテープに保持された状態を示す斜視図である。表面側が露出した状態でウエーハがダイシングテープに保持された状態を示す斜視図である。

符号の説明

１…半導体ウエーハ
２…分割予定ライン
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
１０…保護テープ
１１…裏面側電極部
１２…凹部
１３…環状凸部

Claims

表面に複数のデバイスが形成された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エーハから積層用デバイスを得る方法であって、
前記ウエ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、
該ウエーハの裏面の、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、
前記外周余剰領域の前記環状凸部を除去加工した後に、該ウエーハを前記デバイスごとに分割して個片化する分割工程と
を備えることを特徴とする積層用デバイスの製造方法。
前記分割工程を、前記ウエーハの裏面を露出させて保持した状態で行うことを特徴とする請求項１に記載の積層用デバイスの製造方法。