JP5945111B2 - ウェーハ薄膜加工制御方法 - Google Patents
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Description
TSVウェーハを得るための加工方法としては、ビアファースト(Via First)プロセスを用いて形成されることが提案されている。
この場合、Via Firstプロセスは概略次のとおりとなっている。
1.貫通電極用のビアを形成(ドライエッチングでSiをエッチング)
2.ビアに対し側壁絶縁膜を形成
3.ビア内にPoly−Siを充填
4.ウェーハ表面のPoly−Siを除去(CMP(Chemical Mechanical Polishing))
ウェーハ薄膜化のプロセスは、ウェーハを機械的に研削する「グラインディング工程」と、グラインディング時にウェーハ研削面に生じたマイクロクラック等を含むストレス層(加工変質層)を除去する「ストレスリリーフ工程」とからなる。この加工変質層はウェーハの反りやクラック発生の原因となるため、グラインディング処理後にはストレスリリーフ処理により完全に除去する必要がある。
例えば、特許文献1では、可視光、近赤外光または赤外光が透過可能な材料に設けられた有底穴等の段差のある構造の形状の測定方法に関し、例えば、積層LSI(Large Scale Integrated circuit)チップ作成の際に積層のために用いるシリコン貫通電極(Through Silicon Via(TSV);貫通ビア)の深さ等の段差のある形状を予め把握するために、貫通ビアを完成する前の未貫通ビアの形状等を測定するとしている。
そのためには、これまでは、例えば、NCIG(Non Contact Inprocess Gauge:非接触厚み測定器)をグラインダに搭載し、研削中の厚さを制御することで、ウェーハのみの厚み管理を行うことが提案されている。
さらに、同様にウェーハ膜厚計を研磨装置に搭載し、加工中のウェーハの研磨レートを次ウェーハにフィードバックし、取り代管理を行うことが提案されている。
また、同じウェーハ内であってもビア深さにばらつきがあることや、ビア直上のウェーハ研削面での研削加工圧が、ビアの存在しないウェーハ研削面での研削加工圧と比較して高くなるため、ビア直上のウェーハ研削面での研削がより進行し研削量が多くなるという問題が生じる。そのため、ビア深さを考慮して、研削量を抑えてウェーハの薄膜化加工をする研削加工制御が必要になる。
したがって、研削量を抑えてウェーハの薄膜化加工をすることは、ストレスリリーフ工程(ポリッシング)やビア出し工程で削除すべきウェーハ厚さが増え、加工時間が長くなることになる。
また、上記の研削量(取り代)の変動により加工表面性状(表面粗さやうねり)に影響を与えるおそれがあり、また、取り代増大によるウェーハ全面における厚み最大値と最小値差(TTV)の悪化をもたらすおそれがある。
この手法によれば、ビアが貫通してTSVとなる寸前で研削加工を停止するという寸止め加工が可能である。この寸止め加工では、ビア底部からウェーハ研削面までの残存寸法は、極力小さいものであることが求められる(望ましくは数μm)。ビア底部からウェーハ研削面までの残存寸法が小さければ小さいほど、ストレスリリーフ工程(ポリッシング)での取り代を少なくし、高能率化につながるからである。
しかしながら、非接触厚み測定器の測定性能上限度(せいぜい10μm程度)があり、10μmより小さな厚さは測定不能であり、このままでは、所望の寸止め加工に寄与し得ない。
なお、この新たな手法においても、ビア直上のウェーハの研削面での研削がより進行して研削量が多くなることからビアが貫通してしまうことのないように、正確な取り代を把握するために、複数個所において測定することが必要である。
よって、NCIGを用いてTSVウェーハ加工を実行する際、ウェーハ内部のビア底部からウェーハ研削面までの残存寸法に基づいて薄膜化加工を行う新たな手法が有効に機能する、測定方法、計測方法が求められ、これによって、ストレスリリーフ工程(ポリッシング)での高能率化および取り代の変動を抑えて加工安定化が可能となるウェーハ薄膜加工制御方法が求められている。
PG装置1を用いれば、各工程間におけるウェーハの搬送が不要となり、ウェーハに対する搬送時のダメージをなくすことができるという点で好ましい。
また、ここでのグラインディング工程は、研削加工として、粗研削加工と、仕上げ研削加工とを実行する加工手法を採用している。
PG装置1は、予め貫通電極(Tsv)用のビアが形成されたウェーハ2を保持するチャックテーブル3を有する。チャックテーブル3は、円盤状のもので、その下面に図示しないモータによって回転駆動する構成となっている。かかるチャックテーブル3の上面に、吸着プレート4を介して吸着状態で保持するようにしている。
また、このPG装置1は、チャックテーブル3上のウェーハ2に対し、研削加工を施すためのグラインディングホイール5が、砥石部5gをウェーハ2の研削表面に向けて押込み可能に配置されている。
製品化されるDRAMの回路設計により、ウェーハ2の位置によってウェーハ2内に形成されるビア6が偏在し、膜厚等の正確な測定の妨げとなるからである。
また、研削時にビア6直上のウェーハ2の研削面での研削がより進行して研削量が多くなることからビア6の深さを考慮した研削加工制御を可能とするべく、正確な取り代を把握するために、複数個所において測定することが必要であるからである。
NCIG10は、例えば図2に示すように、PG装置1とRS232CケーブルCrsを介して接続されたコントローラ10cと、コントローラ10cと専用ケーブルCを介して接続された分光器10sと、分光器10sとファイバケーブルCfを介して接続されたセンサヘッド10hとを備えている。
なお、PG装置1には、NCIG10の測定動作と共に、TSVウェーハプロセスを実行するためのソフトウェアが格納され、NCIG10におけるコントローラ10cには、膜厚データの読み取り、数値化処理等の測定手法を実行するためのソフトウェアが格納されている。
先ず、Via Firstプロセスを経て予めTSV用のビア6が形成されたウェーハ2に、ビア6が形成された表面(デバイス面)側に支持基材7を貼り合わせて、PG装置1のチャックテーブル3の上面に、吸着プレート4を介して吸着状態で保持する(図1参照)。
そしてPG装置1に対し、操作指令を出し、グラインディング工程を初めとして、ポリッシング工程を実行する。
粗研削加工開始で(STEP1)、チャックテーブル3が所定数で回転駆動され(STEP2)、グラインディングホイール5が、砥石部5gを介してウェーハ2の研削表面に向けて押込み駆動され(STEP3)、これによって、ウェーハ2のビア6が形成されたデバイス面と反対側の面を研削面として相当量研削される。この粗研削加工開始と共に、NCIG10が起動される(STEP4)。ウェーハ2の上方に近接配置されたセンサヘッド10hから、ウェーハ2へ照射された赤外光は、ウェーハ2の研削面とデバイス面とから反射して反射光となる。これら反射光が干渉して干渉波となってセンサヘッド10hに受光される。センサヘッド10hに受光された干渉波は、ファイバケーブルCfを介して分光器10sに送られ、分光器10sにおいて干渉波を所定時間ごとにサンプリングして数値化し、数値データを専用ケーブルCを介してコントローラ10cに送られる。そして、コントローラ10cにおいて分光器10sからの数値データを処理し(STEP5)、PG装置1において、読み取り可能なデータとして表示したり、プリントアウトすることにより、研削加工の進行状態を容易に把握することができる。
以上の粗研削加工段階は、NCIG10のセンサヘッド10hをウェーハ2の上方で、ウェーハ2の研削面に平行に移動して、ウェーハ2に対する測定位置を変えて行われる。
かかる粗研削加工段階において、図5に示すように、研削加工が進むことで、ウェーハ2の研削面とデバイス面間の膜厚T1を示すデータ群αと、ウェーハ2の研削面とウェーハ2内のビア6の底部間の残存寸法T2を示すデータ群βとは、共に平行に相関して推移していることがわかる。なお、図5において、ウェーハ2の研削面とウェーハ2内のビア6の底部間の残存寸法T2を示すデータ群βは、ウェーハ2の研削面とデバイス面間の膜厚T1を示すデータ群αに比較して、データ数が明らかに少ない。これは、ここでは、膜厚T1と残存寸法T2をNCIG10により、同時に測定しているためで、同時に測定した場合、高いレベルの方を測定データとして取り込むためである。
したがって、ウェーハ2の研削面とウェーハ2内のビア6の底部間の残存寸法T2を示すデータ群βを増加させるためには、例えば所定レベル以上のデータは取り込まないとするデータのマスク処理が考えられる。
図6において、チャックテーブル3が所定の回転数(例えば60rpm)で、マスク処理によって抽出された残存寸法データの範囲が0〜60μmとした場合を示している。
なお、残存寸法データが複数の層として表示されるのは、ウェーハ2内のビア6の残存寸法にばらつきがあることを示している。
ウェーハ2の研削面とウェーハ2内のビア6の底部間の残存寸法T2が10μmに達すると、仕上げ研削加工段階に入る(STEP7)。チャックテーブル3を回転駆動し(STEP8)、グラインディングホイール5を押込み駆動し(STEP9)、さらに、NCIG10を起動する(STEP10)。ここでNCIG10のセンサヘッド10hをウェーハ2の上方で、ウェーハ2の研削面に平行に移動させつつ(STEP11)、センサヘッド10hから赤外光をウェーハ2の研削面に照射して以下のように測定が実行される。
PG装置1側において、仕上げ研削加工開始時の膜厚T1(T2=10μm)(ここでは77μm)を格納しておき、次いで仕上げ研削加工進行時のT1を取り込み(STEP12)、残存寸法T2を仕上げ研削加工開始時の膜厚T1(T2=10μm)と仕上げ研削加工進行時のT1とから算出し格納する。すなわち、T2←T2(10μm)−|T1−T1(T2=10μm)|を演算し(STEP13)、格納する。
仕上げ研削加工が進行する中で、T1の値はサンプリング時間ごとに更新され、上記演算によってT2の目標値、すなわち第2の所定値として例えば1μmに達したか否かが判定される(STEP14)。すなわち、PG装置1は、上述の演算により、T2←T2(10μm)−|T1(68μm)−T1(77μm)(T2=10μm)|=10−|68−77|=1μmを導出することで、T1が68μmまで薄膜化した時点で、ウェーハ2の研削面とウェーハ2内のビア6の底部間の残存寸法T2が目標値1μmに達したことを把握することができる。そして、残存寸法T2が目標値1μmに達した時点で、グラインディング工程において、ビアが貫通してTSVとなる寸前で薄膜化プロセスを一旦停止する寸止め加工が達成されたことがわかり、グラインディング工程を終了させることができる。
なお、以上の仕上げ研削段階ではセンサヘッド10hをウェーハ2の上方で、ウェーハ2の研削面に平行に移動させつつウェーハ2の研削面とウェーハ2内のビア6の底部間の残存寸法T2が目標値1μmに達したことを把握するので、ビア直上のウェーハの研削面での研削がより進行して研削量が多くなる研削ムラから、ビアが貫通してしまうことを避けることができる。
研磨終了したウェーハ2は、チャックテーブル3から取り外されて、ウェーハ処理工程等の次工程に移送され、コーティングやダイシングが行われる。
このように上述のような測定方法によれば、NCIGを用いてTSVウェーハ加工を実行する際、ウェーハ内部のビア底部からウェーハ研削面までの残存寸法に基づいて薄膜化加工を行う新たな手法が有効に機能し、これによって、次工程での高能率化および取り代の変動を抑えて加工安定化が可能となるウェーハ薄膜加工制御方法を提供することができる。
2 ウェーハ
3 チャックテーブル
4 吸着プレート
5 グラインディングホイール
5g 砥石部
6 ビア
7 支持基材
10 NCIG
10h センサヘッド
10c コントローラ
10s 分光器
Crs RS232Cケーブル
C 専用ケーブル
Cf ファイバケーブル
Claims (4)
- ウェーハ薄膜加工制御方法であって、
貫通電極用のビアをウェーハのビア形成面に予め形成後、前記ウェーハのビア形成面と反対側の面を研削面として研削加工を行う研削加工工程は、粗研削加工段階と仕上げ研削加工段階とを含んでおり、
前記粗研削加工段階においては、前記ウェーハのビア形成面から前記研削面までの膜厚を測定して膜厚データを取得すると共に、前記ウェーハの内部のビア底部からウェーハの研削面までの残存寸法を測定して残存寸法データを取得して、該残存寸法データが第1の所定値に達するまで研削を続行し、
前記残存寸法データが前記第1の所定値に達した後の前記仕上げ研削加工段階においては、前記ウェーハのビア形成面から前記研削面までの膜厚を測定して該膜厚データを取得すると共に、仕上げ研削加工開始時の膜厚と仕上げ研削加工進行時の膜厚との間の偏差を前記第1の所定値から減算することで、前記ウェーハの内部のビア底部から前記ウェーハの前記研削面までの導出残存寸法データを取得し、該導出残存寸法データが第2の所定値に達すると仕上げ研削加工を停止するようにした仕上げ研削加工段階と、
を含むことを特徴とするウェーハ薄膜加工制御方法。 - 前記膜厚データまたは前記残存寸法データを取得する際、前記ウェーハを所定数回転させた状態で取得するようにした、請求項1に記載のウェーハ薄膜加工制御方法。
- 非接触型膜厚測定装置におけるセンサヘッドにより前記膜厚データまたは残存寸法データを取得するようにし、前記膜厚データまたは残存寸法データは、前記センサヘッドの前記ウェーハに対する取得位置を変更して取得されるようにした、請求項1または2に記載のウェーハ薄膜加工制御方法。
- 前記膜厚データまたは前記残存寸法データを所定時間間隔でサンプリングし、該サンプリング毎に前記膜厚データまたは前記残存寸法データのうち、所定のピークレベル内のデータのみを取得するマスク処理を行うようにした、請求項1から3のいずれか1項に記載のウェーハ薄膜加工制御方法。
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