JP6501683B2 - 積層ウェーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のウェーハを重ねて接合した積層ウェーハの加工方法に関する。

近年、電子機器の更なる小型化、軽量化等を目的として、複数の半導体チップを厚み方向に重ねた積層型のデバイスチップが生産されている。積層型のデバイスチップは、例えば、分割予定ライン（ストリート）で区画された複数の領域のそれぞれにデバイスを備える複数のウェーハを重ねて積層ウェーハを形成した後、この分割予定ラインに沿って積層ウェーハを分割することで得られる。

積層ウェーハを形成する際には、例えば、それぞれのデバイスの位置を合致させるように複数のウェーハを重ねて、樹脂等からなる接着層（接合層）でウェーハ同士を接合する（例えば、特許文献１参照）。ところが、この方法では、積層ウェーハの外周部で必ずしもウェーハ同士を十分に接合できず、ウェーハとウェーハとの間に隙間ができてしまうことがあった。

外周部に隙間のある上述のような積層ウェーハを、例えば、切削ブレード等で切断して分割すると、外周部から切り離された端材が飛散して装置等を破損させる可能性が高い。そこで、積層ウェーハを分割する前に、積層ウェーハの外周部を切削（又は研削）して除去する加工方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−１６０３４０号公報 特開２０１０−２２５９７６号公報

ところで、上述のような積層ウェーハを形成する際には、金錫（合金）等の金属でなる接着層が用いられることもある。積層ウェーハの外周部を除去する際には、接着層にまで切削ブレード等を切り込ませる必要があるので、この場合には、接着層中の金属による目詰まりを抑制するために、砥粒の粒径が大きい切削ブレード等を用いなくてはならない。

一方で、小型化、軽量化等の要請から、積層ウェーハ中のウェーハが薄く加工されている場合もある。しかしながら、砥粒の粒径が大きい切削ブレードで薄いウェーハを切削すると、ウェーハが欠け易い。本発明はかかる問題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、切削ブレードの目詰まりを抑制しながらウェーハの欠けを防止できる積層ウェーハの加工方法を提供することである。

本発明によれば、第１ウェーハと該第１ウェーハより厚い第２ウェーハとを金属からなる接着層で接合した積層ウェーハに切削ブレードを切り込ませて、該第１ウェーハの該接着層より外側の外周余剰部を該接着層の一部とともに除去する積層ウェーハの加工方法であって、第１切削ブレードを該接着層の外周に対応する領域より内側で該第１ウェーハに切り込ませつつ該積層ウェーハを回転させて、該第１ウェーハを切断しない深さの環状の切削溝を形成する切削溝形成ステップと、該切削溝形成ステップを実施した後、該第１切削ブレードに含まれる砥粒よりも粒径の大きい砥粒を含む第２切削ブレードを該切削溝の内周より外側の領域で該第１ウェーハ側から該第２ウェーハまで切り込ませつつ該積層ウェーハを回転させて、該第１ウェーハの該外周余剰部を該接着層の一部とともに除去する除去ステップと、を具備したことを特徴とする積層ウェーハの加工方法が提供される。

本発明に係る積層ウェーハの加工方法では、砥粒の粒径が相対的に小さい第１切削ブレードで第２ウェーハより薄い第１ウェーハに切削溝を形成してから、砥粒の粒径が相対的に大きい第２切削ブレードで第１ウェーハの外周余剰部を接着層の一部とともに除去する。つまり、砥粒の粒径が相対的に小さい第１切削ブレードによる切削で切削溝を形成するので、その際に第１ウェーハは欠け難くなる。

また、砥粒の粒径が相対的に大きい第２切削ブレードによる切削で第１ウェーハの外周余剰部にクラックが発生したとしても、このクラックは切削溝で止まって内側に伸展しないので、外周余剰部を接着層の一部とともに除去する際にも、第１ウェーハは欠け難くなる。

さらに、接着層の除去に用いられる第２切削ブレードの砥粒の粒径は相対的に大きいので、接着層の金属による第２切削ブレードの目詰まりを抑制できる。このように、本発明に係る積層ウェーハの加工方法によれば、切削ブレードの目詰まりを抑制しながらウェーハの欠けを防止できる。

図１（Ａ）は、積層ウェーハの構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、積層ウェーハの構成例を模式的に示す断面図である。 図２（Ａ）は、切削溝形成ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一部を拡大して示す一部断面側面図である。 図３（Ａ）は、除去ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の一部を拡大して示す一部断面側面図である。 除去ステップ後の積層ウェーハを模式的に示す断面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係る積層ウェーハの加工方法は、切削溝形成ステップ（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）と除去ステップ（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）とを含み、第１ウェーハと第１ウェーハより厚い第２ウェーハとを金属の接着層で接合した積層ウェーハを加工する。

切削溝形成ステップでは、砥粒の粒径が相対的に小さい第１切削ブレードを第１ウェーハに切り込ませつつ積層ウェーハを回転させて、接着層の外周に対応する領域の内側に、第１ウェーハを切断しない深さの環状の切削溝を形成する。

除去ステップでは、砥粒の粒径が相対的に大きい第２切削ブレードを切削溝の内周より外側の領域で第１ウェーハ側から第２ウェーハまで切り込ませつつ積層ウェーハを回転させて、第１ウェーハの外周余剰部を接着層の一部とともに除去する。以下、本実施形態に係る積層ウェーハの加工方法について詳述する。

図１（Ａ）は、本実施形態で加工される積層ウェーハの構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、積層ウェーハの構成例を模式的に示す断面図である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、積層ウェーハ１１は、薄い円盤状の第１ウェーハ１３を含んでいる。

第１ウェーハ１３の第１面１３ａ側には、第１ウェーハ１３より厚い円盤状の第２ウェーハ１５が重ねられている。第１ウェーハ１３の第１面１３ａと第２ウェーハ１５の第１面１５ａとは、金錫（合金）等の金属でなる環状の接着層１７を介して接合されており、第１面１３ａ及び第１面１５ａの反対側の第２面１３ｂ及び第２面１５ｂは、それぞれ外部に露出している。接着層１７は、第１ウェーハ１３及び第２ウェーハ１５の外周部に設けられており、積層ウェーハ１１の内部への水等の侵入を防ぐ機能を併せ備えている。

第１ウェーハ１３及び第２ウェーハ１５は、代表的には、シリコン等の半導体材料でなり、例えば、ストリート等と呼ばれる分割予定ライン（不図示）で区画される複数の領域のそれぞれにＩＣ等のデバイス（不図示）を備えている。第１ウェーハ１３と第２ウェーハ１５とは、互いのデバイスが対面するように重ねられており、対応するデバイス同士は、接着層１７と同様の金属層（不図示）で電気的に接続される。

第１ウェーハ１３は、研削等の方法で加工されており、第２ウェーハ１５より薄い。例えば、第２ウェーハ１５の厚さは１００μｍ〜７２５μｍ程度であり、第１ウェーハ１３の厚さは５０μｍ〜２００μｍ程度である。また、第２ウェーハ１５は、外周を面取りした面取り部１５ｃを備えているが、第１ウェーハ１３は、面取り部を備えていない。

なお、本実施形態では、シリコン等の半導体材料でなる第１ウェーハ１３及び第２ウェーハ１５を用いるが、第１ウェーハ１３及び第２ウェーハ１５の材質に制限はない。例えば、セラミック、樹脂等でなる第１ウェーハ１３及び第２ウェーハ１５を用いて積層ウェーハ１１を形成しても良い。また、接着層１７の材質も、任意に選択、変更できる。

本実施形態に係る積層ウェーハの加工方法では、まず、接着層１７の外周に対応する領域の内側に、第１ウェーハ１３を切断しない深さの環状の切削溝を形成する切削溝形成ステップを実施する。図２（Ａ）は、切削溝形成ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一部を拡大して示す一部断面側面図である。

本実施形態に係る切削溝形成ステップは、例えば、図２（Ａ）に示す切削装置２で実施される。切削装置２は、積層ウェーハ１１を保持するためのチャックテーブル４を備えている。チャックテーブル４は、モータ等を含む回転駆動源（不図示）に連結されており、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル４の下方には、移動機構（不図示）が設けられており、チャックテーブル４は、この移動機構で水平方向に移動する。

チャックテーブル４の上面は、積層ウェーハ１１を構成する第２ウェーハ１５の第２面１５ｂを吸引、保持する保持面４ａとなっている。この保持面４ａには、チャックテーブル４の内部に形成された流路（不図示）等を通じて吸引源（不図示）の負圧が作用し、積層ウェーハ１１を吸引するための吸引力が発生する。

チャックテーブル４の上方には、積層ウェーハ１１を切削するための第１切削ユニット６ａが配置されている。第１切削ユニット６ａは、第１昇降機構（不図示）に支持された第１スピンドルハウジング（不図示）を備えている。第１スピンドルハウジングの内部には、モータ等を含む回転駆動源（不図示）に連結された第１スピンドル８ａが収容されている。

第１スピンドル８ａは、回転駆動源から伝達される回転力によって水平方向に概ね平行な回転軸の周りに回転し、第１昇降機構によって第１スピンドルハウジングと共に昇降する。第１スピンドルハウジングの外部に露出した第１スピンドル８ａの一端部には、円環状の第１切削ブレード１０ａが装着されている。

この第１切削ブレード１０ａは比較的薄く、また、砥粒の粒径も比較的小さい。例えば、第１切削ブレード１０ａの刃厚（幅）は１５μｍ〜１ｍｍ程度であり、砥粒の粒径（直径）は２．０μｍ〜４．０μｍ程度である。このような第１切削ブレード１０ａを用いることで、切削溝を形成する際の薄い第１ウェーハ１３の欠けを防止できる。第１切削ブレード１０ａの材質等に制限はないが、本実施形態では、ダイヤモンド等の砥粒をニッケル等の結合材で固めたものを用いる。

切削溝形成ステップでは、まず、積層ウェーハ１１を構成する第２ウェーハ１５の第２面１５ｂをチャックテーブル４の保持面４ａに接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、積層ウェーハ１１は、第１ウェーハ１３の第２面１３ｂが上方に露出した状態でチャックテーブル４に吸引、保持される。

次に、チャックテーブル４と第１切削ユニット６ａとを相対的に移動させて、図２（Ｂ）に示すように、接着層１７の外周１７ａより積層ウェーハ１１の径方向に内側、かつ、接着層１７と重なる位置に、第１切削ブレード１０ａを合わせる。その後、回転させた第１切削ブレード１０ａを下降させて第１ウェーハ１３に切り込ませるとともに、チャックテーブル４を回転させる。すなわち、第１切削ブレード１０ａを第１ウェーハ１３の第２面１３ｂ側から第１ウェーハ１３に切り込ませる。

第１切削ブレード１０ａの下降量は、第１ウェーハ１３が完全に切断されない範囲で調整される。具体的には、第１ウェーハ１３に対する第１切削ブレード１０ａの切り込み量を、第１ウェーハ１３の厚さの半分程度に調整すれば良い。例えば、第１ウェーハ１３の厚さが７５μｍ程度の場合には、第１ウェーハ１３に対する第１切削ブレード１０ａの切り込み量が３０μｍ程度となるように調整する。

これにより、接着層１７の外周１７ａに対応する領域１３ｃより内側、かつ、平面視で接着層１７と重なる位置に、第１ウェーハ１３を切断しない深さの環状の切削溝１３ｄを形成できる。なお、チャックテーブル４の回転速さは、例えば、２°／ｓ以下、好ましくは１°／ｓ以下に抑える。これにより、第１ウェーハ１３の欠けをより適切に防止できる。

切削溝形成ステップの後には、第１ウェーハ１３の外周余剰部を接着層１７の一部とともに除去する除去ステップを実施する。図３（Ａ）は、除去ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の一部を拡大して示す一部断面側面図である。

この除去ステップは、例えば、切削溝形成ステップと同じ切削装置２で実施される。図３（Ａ）に示すように、切削装置２は、第１切削ユニット６ａとは別の第２切削ユニット６ｂを有している。第２切削ユニット６ｂは、第２昇降機構（不図示）に支持された第２スピンドルハウジング（不図示）を備えている。

第２スピンドルハウジングの内部には、モータ等を含む回転駆動源（不図示）に連結された第２スピンドル８ｂが収容されている。第２スピンドル８ｂは、回転駆動源から伝達される回転力によって水平方向に概ね平行な回転軸の周りに回転し、第２昇降機構によって第２スピンドルハウジングと共に昇降する。

第２スピンドルハウジングの外部に露出した第２スピンドル８ｂの一端部には、円環状の第２切削ブレード１０ｂが装着されている。この第２切削ブレード１０ｂは、第１切削ブレード１０ａより厚く、砥粒の粒径も第１切削ブレード１０ａより大きい。

例えば、第２切削ブレード１０ａの刃厚（幅）は０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度であり、砥粒の粒径（直径）は１４μｍ〜３０μｍ程度である。このような第２切削ブレード１０ｂを用いることで、金属等による目詰まりの発生を抑制しながら、広い範囲を一度に切削できる。第２切削ブレード１０ｂの材質等に制限はないが、本実施形態では、ダイヤモンド等の砥粒をビトリファイドやレジノイド等の結合材で固めたものを用いる。

除去ステップでは、まず、チャックテーブル４と第２切削ユニット６ｂとを相対的に移動させて、図３（Ｂ）に示すように、切削溝１３ｄの内周１３ｅより外側、かつ、平面視で接着層１７の一部と重なる位置に、第２切削ブレード１０ｂを合わせる。その後、回転させた第２切削ブレード１０ｂを下降させて第２ウェーハ１５に切り込ませるとともに、チャックテーブル４を回転させる。すなわち、第２切削ブレード１０ｂを第１ウェーハ１３の第２面１３ｂ側から第１ウェーハ１３、接着層１７、及び第２ウェーハ１５に切り込ませる。

第２切削ブレード１０ｂの下降量は、第２切削ブレード１０ｂが第２ウェーハ１５に僅かに切り込む範囲で調整される。例えば、第１ウェーハ１５の厚さが７５０μｍ程度の場合には、第２ウェーハ１５に対する第２切削ブレード１０ｂの切り込み量が３０μｍ〜１００μｍ程度、好ましくは３０μｍ程度となるように調整すれば良い。

これにより、接着層１７の外周１７ａに対応する領域１３ｃより外側の外周余剰部１３ｆを、接着層１７の外周１７ａ側の一部１７ｂとともに除去できる。なお、この除去ステップにより、第２ウェーハ１５の第１面１５ａ側の一部１５ｄも併せて除去される。また、チャックテーブル４の回転速さは、例えば、５°／ｓ以下、好ましくは３°／ｓ以下に抑える。

この除去ステップでは、砥粒の粒径が比較的大きい第２切削ブレード１０ｂを用いて第１ウェーハ１３を切削するので、第１ウェーハ１３の外周余剰部１３ｆにクラックが発生する可能性もある。しかしながら、切削溝１３ｄによって内側へのクラックの伸展を防ぐことができるので、第１ウェーハ１３が欠ける可能性はごく僅かである。また、接着層１７の金属による第２切削ブレード１０ｂの目詰まりも抑制できる。

図４は、除去ステップ後の積層ウェーハ１１を模式的に示す断面図である。本実施形態によれば、接着層１７より外側に位置する第１ウェーハ１３の外周余剰部１３ｆを完全に除去できるので、例えば、後の積層ウェーハ１１の分割等の際に、切り離された外周余剰部１３ｆが飛散して装置等を破損させる可能性はない。

以上のように、本実施形態に係る積層ウェーハの加工方法では、砥粒の粒径が相対的に小さい第１切削ブレード１０ａで第２ウェーハ１５より薄い第１ウェーハ１３に切削溝１３ｄを形成してから、砥粒の粒径が相対的に大きい第２切削ブレード１０ｂで第１ウェーハ１３の外周余剰部１３ｆを接着層１７の一部１７ｂとともに除去する。つまり、砥粒の粒径が相対的に小さい第１切削ブレード１０ａによる切削で切削溝１３ｄを形成するので、その際に第１ウェーハ１３は欠け難くなる。

また、砥粒の粒径が相対的に大きい第２切削ブレード１０ｂによる切削で第１ウェーハ１３の外周余剰部１３ｆにクラックが発生したとしても、このクラックは切削溝１３ｄで止まって内側に伸展しないので、外周余剰部１３ｆを接着層１７の一部１７ｂとともに除去する際にも、第１ウェーハ１３は欠け難くなる。さらに、接着層１７の除去に用いられる第２切削ブレード１０ｂの砥粒の粒径は相対的に大きいので、接着層１７の金属による第２切削ブレード１０ｂの目詰まりも抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、外周余剰部１３ｆの幅が第２切削ブレード１０ｂの刃厚（幅）より小さい積層ウェーハ１１を加工しているが、外周余剰部１３ｆの幅が第２切削ブレード１０ｂの刃厚より大きい積層ウェーハ１１も同様の方法で加工できる。

例えば、外周余剰部１３ｆの幅が第２切削ブレード１０ｂの刃厚の３倍（代表的には、３ｍｍ）程度であれば、外周余剰部１３ｆの最も外側の位置に第２切削ブレード１０ｂを切り込ませてチャックテーブル４を１周させてから、刃厚に合わせて第２切削ブレード１０ｂを内側に移動させる。そして、第２切削ブレード１０ｂを切り込ませて、再びチャックテーブル４を１周させる。

このように、第２切削ブレード１０ｂの切り込みと、チャックテーブル４の回転と、第２切削ブレード１０ｂの内側への移動と、を外周余剰部１３ｆの幅に応じた数（この場合には、３回以上）だけ繰り返すことで、積層ウェーハ１１を適切に加工できる。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１１ 積層ウェーハ
１３ 第１ウェーハ
１３ａ 第１面
１３ｂ 第２面
１３ｃ 領域
１３ｄ 切削溝
１３ｅ 内周
１３ｆ 外周余剰部
１５ 第２ウェーハ
１５ａ 第１面
１５ｂ 第２面
１５ｃ 面取り部
１５ｄ 一部
１７ 接着層
１７ａ 外周
１７ｂ 一部
２ 切削装置
４ チャックテーブル
４ａ 保持面
６ａ 第１切削ユニット
６ｂ 第２切削ユニット
８ａ 第１スピンドル
８ｂ 第２スピンドル
１０ａ 第１切削ブレード
１０ｂ 第２切削ブレード

Claims (1)

1. 第１ウェーハと該第１ウェーハより厚い第２ウェーハとを金属からなる接着層で接合した積層ウェーハに切削ブレードを切り込ませて、該第１ウェーハの該接着層より外側の外周余剰部を該接着層の一部とともに除去する積層ウェーハの加工方法であって、
   第１切削ブレードを該接着層の外周に対応する領域より内側で該第１ウェーハに切り込ませつつ該積層ウェーハを回転させて、該第１ウェーハを切断しない深さの環状の切削溝を形成する切削溝形成ステップと、
   該切削溝形成ステップを実施した後、該第１切削ブレードに含まれる砥粒よりも粒径の大きい砥粒を含む第２切削ブレードを該切削溝の内周より外側の領域で該第１ウェーハ側から該第２ウェーハまで切り込ませつつ該積層ウェーハを回転させて、該第１ウェーハの該外周余剰部を該接着層の一部とともに除去する除去ステップと、を具備したことを特徴とする積層ウェーハの加工方法。

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