(57)【要約】支持構造体が半導体作業片またはウェハーの第１の側に、完全にウェハーの周囲の縁部であり内部に延在するが、所望の回路パターンがその内部に配置される選択された区域の外側で層毎の様式でステレオリソグラフィープロセスによって直接施され、この支持構造体は、作業片が反対の第２の側で周囲の縁部に酸エッチングに施されたときに選択された区域の回路パターンを酸から封止するのに効果的な、酸エッチング・プロセスに耐性のある材料の、所望の高さのものである。支持構造体はさらに、曲げ破損に対して作業片を補強する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択された区域内に所望の回路パターンを有する第１の側および反対の第２の側を持つ、その内部が前記選択された区域である周囲を有する基板を備えた半導体作業片において、
前記第１の側に、完全に前記周囲の縁部であり内部に延在するが、前記選択された区域の外側で層毎の様式でステレオリソグラフィー・プロセスによって直接施され、前記作業片が前記第２の側と前記周囲の縁部で酸エッチングに施されたときに前記選択された区域の前記回路パターンを酸から封止するのに効果的な、酸エッチング・プロセスに耐性のある材料の、所望の高さのものであり、曲げ破損に対して前記作業片を補強する支持構造体を有してなる半導体作業片。
【請求項２】
前記支持構造体が前記周囲から内部に入り込んでいることを特徴とする請求項１記載の作業片。
【請求項３】
前記支持構造体が前記周囲に隣接していることを特徴とする請求項１記載の作業片。
【請求項４】
前記支持構造体の高さが約１．５ｍｍから約５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の作業片。
【請求項５】
前記支持構造体が約２．５ｍｍから約２０ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項４記載の作業片。
【請求項６】
前記支持構造体が略円形であることを特徴とする請求項１記載の作業片。
【請求項７】
前記支持構造体が矩形または正方形であることを特徴とする請求項１記載の作業片。
【請求項８】
前記支持構造体が、少なくとも一種類の重合性有機物質、少なくとも一種類のフリーラジカル重合性有機物質、および少なくとも一種類のヒドロキシ官能性芳香族化合物を有する耐酸性ＵＶ硬化性材料であることを特徴とする請求項１記載の作業片。
【請求項９】
前記回路パターンがリソグラフィーにより施されることを特徴とする請求項１記載の作業片。
【請求項１０】
前記支持構造体が前記酸エッチング後に取り外されることを特徴とする請求項１記載の作業片。
【請求項１１】
前記半導体作業片がさらに、該半導体作業片を、前記支持構造体を形成するためのコーティング・システム内に配置する前に該システム内でステレオリソグラフィー手法により構築された固定部材内に収容されていることを特徴とする請求項１記載の作業片。
【請求項１２】
前記固定部材が、前記半導体作業片の形状に従い、前記半導体作業片を保持するために該半導体作業片の周囲の縁部に間隔の置かれた接合部を有することを特徴とする請求項１１記載の作業片。
【請求項１３】
前記コーティング・システムがステレオリソグラフィー・システムであることを特徴とする請求項１１記載の作業片。
【請求項１４】
前記コーティング・システムがインク・ジェット・システムであることを特徴とする請求項１記載の作業片。
【請求項１５】
選択された区域内に所望の回路パターンを有する第１の側および反対の第２の側を持つ、その内部が前記選択された区域である周囲を有する基板を備えた半導体作業片を支えるための支持固定部材であって、
支持構造体が、前記第１の側に、完全に前記周囲の縁部であり内側に延在するが、前記選択された区域の外側で層毎の様式でステレオリソグラフィー・プロセスによって直接施され、前記作業片が前記第２の側と前記周囲の縁部で酸エッチングに施されたときに前記選択された区域の前記回路パターンを酸から封止するのに効果的な、酸エッチング・プロセスに耐性のある材料の、所望の高さのものであり、曲げ破損に対して前記作業片を補強し、かつ
前記支持固定部材が、前記支持構造体を形成するためのコーティング・システム内に前記半導体作業片を配置する前に該システム内でステレオリソグラフィー的に構築され、前記半導体作業片の形状に従い、該半導体作業片を保持するために前記基板の周囲の縁部に位置する接合部を有する、
ことを特徴とする支持固定部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く、半導体作業片またはウェハーに関し、より詳しくは、作業片の周囲の縁部にステレオリソグラフィー的に構築された封止バリアまたは支持構造体およびコーティング・システム内に作業片を適所に保持するように取付具を形成するためのステレオリソグラフィーの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＶ硬化性感光性樹脂の層毎の製造を使用した、ステレオリソグラフィーとして知られる製造技法が、様々な産業で広く使用できるほど十分な程度まで発展してきた。従来実施されているようなステレオリソグラフィーでは、三次元の数学シミュレーションまたは製造すべき物体のモデルを作成するためにコンピュータを使用し、通常は、コンピュータ支援デザイン（ＣＡＤ）データをｓｔｌとして知られるファイル・フォーマットに変換することによってシミュレーションまたはモデルの作成を行っている。数学シミュレーションは数学的に分離されすなわち断面にスライスされ、これら断面は、所望の三次元物体を形成するために積重された層の垂直アセンブリに用いられる。このプロセスは、ハル(Hull)に発行された特許文献１に最初に記載され、本発明の譲受人に現在は譲渡されている。ステレオリソグラフィーに用いられるスライス技法は、全てがハル等に発行され、本発明の譲受人に譲渡された特許文献２から５に記載されている。
【０００３】
ステレオリソグラフィーの用途は、最初の、ＣＡＤファイルからの物体の試作および成形型の高速製造から、比較的安価な材料の物体設計の開発と洗練、および最近は、従来の製造技法を経済的な理由で使用できない、比較的少量の物体の直接製造にまで発展してきた。製品のカスタム製造が、より広く受け入れられ、検討されるようになってきた。ごく最近、ステレオリソグラフィーは、予め形成された電子部品を有する基板に材料を施すために用いられており、結果としてステレオリソグラフィーが与える高精度を持つ構造体が得られる。このことは、半導体ウェハーまたは作業片の製造において特に役立つ。この手法は、半導体ダイスのパッケージングおよび気密封止された半導体ウェハーまたは作業片の形成において特に活発に行われている。アイダホ州、ボイジー所在のマイクロン・テクノロジー社(Micron Technology, Inc.)は、半導体デバイスの製造におけるステレオリソグラフィーの使用に関連する特許出願に特に積極的である。以下の表に、マイクロン・テクノロジー社による該当する特許および特許出願公開が列記されている。
【表１】
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【特許文献１】米国特許第４５７５３３０号明細書
【特許文献２】米国特許第５０５９３５９号明細書
【特許文献３】米国特許第５１８４３０７号明細書
【特許文献４】米国特許第５３４５３９１号明細書
【特許文献５】米国特許第５１３７６６２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ステレオリソグラフィーの半導体作業片またはウェハーへの適用が発展するにつれて、より薄い作業片またはウェハーを製造する要望が増してきた。半導体デバイスは基板上に配置され、通常は酸エッチング・プロセスによって過剰な基板が除去されている。例えば、基板がシリコンである場合、半導体デバイスの反対側の過剰なシリコンは、特定の酸エッチング混合物によってエッチング除去される。このプロセスで発生する１つの問題は、既に薄い作業片またはウェハーの相対的な脆さである。作業片は容易に破砕してしまう。エッチング・プロセス中に、作業片の縁または周囲にチップや亀裂も形成され得る。チップは亀裂の原因となり得、またはその亀裂自体が伝搬し、作業片またはウェハーに広まり、基板に施された半導体デバイスを実質的に駄目にしてしまう。曲げ応力に対する脆弱性を減少させるため、また破砕が生じた場合には、半導体デバイスをある程度回収するためにこれらの作業片を強化する方法が必要とされている。
【０００５】
さらに、酸エッチング・プロセスを使用する場合、ある手法では、半導体デバイスが全くないリソグラフィーの施されない側をエッチングにより除去する一方で、ウェハーを適所に保持するように半導体作業片を担体またはチャック装置上に配置する技法を用いている。この手法では、高腐食性酸溶液が、基板の作業側で回路パターンが施される区域に入り込むのを防ぐためにいくつかの封止手段を使用する必要がある。どのようなシールやバリヤも、正確かつ精密に配置され、酸エッチング溶液に耐性があり、酸エッチングまたは背面エッチング(back-etching)・プロセスの完了した際にウェハーの選択された区域内の半導体デバイスに損傷を与えずに容易に除去できなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの課題は、ウェハーを強化すると同時に、酸エッチング・プロセス中に腐食性酸エッチング溶液が、半導体デバイスを含有する区域中に侵入するのを防ぐために、半導体作業片の周囲の縁部にバリヤを気密に据え付ける支持構造体を提供する本発明によって解決される。
【０００７】
本発明のある態様において、半導体作業片またはウェハーのためのＵＶ硬化性ステレオリソグラフィー・シールまたはバリヤおよび支持構造体が、コーティング・システム内に作業片またはウェハーを保持および配置するための固定部材をステレオリソグラフィー手法により形成し、それによって、ウェハーに埋め込まれた回路パターンの外部のウェハーの周囲の縁部にバリヤを構築することによって提供される。
【０００８】
本発明の別の態様において、支持構造体の正確かつ精密な形成および配置を確実にするためにＵＶ硬化性材料の正確かつ精密な露光を確実にするためにビジョン・システムが用いられる。
【０００９】
本発明のある特徴は、前記シールまたはバリヤおよび支持構造体が、作業片の選択された区域において構造体の内部の半導体作業片の正面または第１の側の半導体デバイスまたは回路パターンに損傷が生じるのを防ぎ、酸エッチング・プロセスに抵抗するのに十分な厚さのものであることである。
【００１０】
本発明の別の特徴は、支持構造体が、エッチングを行うのに用いられるデバイスまたはキャリヤにおけるエッチング・プロセス中に酸が回路パターン区域中にオーバーフローするのを防ぐのに十分な高さのものであることである。
【００１１】
本発明の別の特徴は、ＵＶ硬化性ステレオリソグラフィー樹脂が、支持構造体を形成し、かつ酸の回路パターン中への侵入に対するシールおよびバリヤとして働く耐酸性材料を提供するために用いられることである。
【００１２】
本発明のある利点は、支持構造体が、半導体作業片またはウェハー上に直接構築された封止バリヤであることである。
【００１３】
本発明の別の利点は、支持構造体によって、半導体作業片の強度が増し、曲げ破損に対する耐性が強くなり、取扱いがより容易になることである。
【００１４】
本発明のさらに別の利点は、支持構造体が、ウェハー内の半導体デバイスを破壊する半導体作業片またはウェハーの周囲の縁部の亀裂およびチップの形成を防ぐのに役立つことである。
【００１５】
本発明の別の利点は、支持構造体が、背面エッチング・プロセス中に半導体作業片の反対の第２の側から、シリコンなどの過剰な基板を酸エッチングするのに用いられる腐食性酸に対する効果的なシールおよびバリヤとして働くことである。
【００１６】
これらと他の態様、特徴および利点は、半導体作業片のための支持構造体として働き、腐食性酸が、半導体デバイスを含有する区域中に侵入するのを防ぐバリヤおよびシールを作業片上に直接形成するためにステレオリソグラフィーを使用することによって達成される。支持構造体は、選択された区域において、その上に所望の回路パターンがある作業片の第１の側に直接施される。支持構造体は、完全にウェハーの周囲の縁部であり内部であるが、選択された区域の外側で層毎の様式でステレオリソグラフィープロセスによって施され、この支持構造体は、作業片が反対の第２の側と周囲の縁部で酸エッチングに施されたときに選択された区域の回路パターンを封止するのに効果的な、酸エッチング・プロセスに耐性のある材料の、所望の高さのものである。支持構造体はさらに、曲げ破損に対して作業片を強化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれらと他の態様、特徴および利点は、特に添付の図面と共に捉えた場合に、以下の本発明の詳細な開示を考慮する際に明白となる。
【００１８】
図１は、分解図として、概して番号１０により示される半導体作業片およびステレオリソグラフィー構築プロセス中に作業片１０を適所に保持するために用いられる、概して番号１１により示される固定装置を示している。作業片１０は、リソグラフィーまたはマイクロリソグラフィー・プロセスによってウェハー１０の第１の側１４に埋め込まれたまたは施された多数の半導体デバイス１２を有するものとして見られる。半導体作業片１０の反対の第２の側１７（図３に簡単に見られる）は、その上に全く半導体デバイスを有しておらず、概して、基板材料から構成された平滑表面である。半導体デバイス１２は、基板の第１の側１４上にリソグラフィーにより配置される。作業片１０の第１の側に配置された半導体デバイス１２の数は、様々であって差し支えなく、通常は、ウェハー上のデバイス・カウントまたはデバイス密度と称される。この密度は、半導体デバイスのタイプとサイズおよびウェハーのサイズに応じて、１から数百ほど多くまでと様々であり得る。ウェハーまたは作業片１０は通常円形であるが、矩形または正方形などの任意の幾何学形状のものであって差し支えない。円形の場合、そのサイズは、１００ｍｍ（４インチ）、１５０ｍｍ（６インチ）、２００ｍｍ（８インチ）、２５０ｍｍ（１０インチ）または３００ｍｍ（１２インチ）の直径のウェハーの中で様々であって差し支えない。基板はシリコンであることが好ましいが、アルミニウム・チタン・カーバイドやシリコン・ゲルマニウムを含むどのような多様の材料のものであっても差し支えない。作業片１０は、後の酸エッチング・プロセス中に封止バリヤとして働く、第１の側に直接付着された支持構造体１６を有する周囲１５を備えたものとして示されている。
【００１９】
図１に見られるように、固定部材１１は、この場合は円形であることが好ましい、半導体ウェハーの形状に略対応する形状を有する。固定部材１１は、縁または支持構造体１６を形成するステレオリソグラフィー・プロセス中に作業片を適所に保持するために作業片１０の周囲１５に係合するようにその周囲または外側の支持表面２３の縁部の接合部１８を有する。外側の支持表面２３の縁部にある凹部付きリップ２５は、作業片の縁が必要に応じて被覆され、ウェハーおよび支持構造体１６上の感光性樹脂の縁の引っ込みが最小または避けられるように感光性樹脂を保持するように働く。外側の支持表面２３は、凹部付きリップ２５の上面に隆起部２６を有していても差し支えない。接合部１８の一方には、固定部材１１上で位置決めするための作業片１０内にある対応するアライメント・ノッチ（図示せず）と結合するために用いられるアライメント尖端１９がある。好ましい設計において、接合部１８は、作業片１０が載置される支持段２０を有する。三角形パターンのアーム２１は、半導体作業片の中央でこの作業片の曲げを減少させる隆起中央セクション２４を有する中央アーム２２と共に、半導体作業片１０を支持する。
【００２０】
図１および２にもっともよく見られるように、支持構造体１６は、作業片１０の周囲１５の縁部に固定されている。支持構造体１６は、適切なコーティング・システムを用いるステレオリソグラフィー・プロセスによって形成される。好ましい実施の形態において、固定部材１１を構築し、その後、作業片１０が固定部材上に配置された後に、支持構造体１６を構築するために、カリフォルニア州、バレンシア所在のスリーディー・システムズ社(3D Systems, Inc.)から入手できるＳＬＡ（登録商標）３５００または「ＳＬＡ」Ｖｉｐｅｒ  ｓｉ２システムなどの任意のステレオリソグラフィー・システムが用いられる。基本的なステレオリソグラフィー・プロセスが、ハルに発行され、本発明の譲受人に譲渡された特許文献１に記載されている。このプロセスにおいて、支持プラットフォームは光硬化性樹脂槽中に降下され、次いで、好ましくは、三次元物体を層毎に形成するために露光された材料を重合させ光硬化させる紫外線ビームによって、その光硬化性樹脂が露光される。構築すべき部品の各断面が、好ましくはレーザビームの形態にある、紫外線により露光されるので、プラットフォームは光硬化性樹脂中に一度に一層だけ降下される。本発明において、固定部材１１が最初に、適切なシステム（図示せず）の支持プラットフォーム上に形成される。固定部材１１は、構築プロセス中に支持プラットフォーム（図示せず）に固定されており、その構築が完了した際に、半導体作業片１０を受容するように、槽内の光硬化性樹脂の表面上に上昇させられる。他の適切なコーティング・システムにより、液体槽の必要性がなくなるであろう。
【００２１】
今では上昇させられた固定部材１１の完成後、作業片１０が、接合部１８の内側の適所にスナップ嵌めされ、アライメント尖端１９によってアライメントされる。接合部１８は、ステレオリソグラフィー・ビジョン・システムが、その後の構築プロセス中に支持構造体１６を形成するために用いられる光硬化性樹脂材料の精密な露光を確実にするように、ウェハーまたは作業片１０を適所に保持する。支持構造体１６は、作業片１０の周囲の縁部に、ここでも層毎の様式で構築され、支持構造体１６が、半導体デバイス１２を形成する回路パターンがその上に配置された選択された区域に延在も侵入もしないことが確実になる。半導体デバイス１２は、それらを半導体作業片またはウェハー１０上に形成するための別のリソグラフィープロセスまたは他の適切なプロセスによって形成される。光硬化性樹脂または感光性樹脂は作業片１０に直接付着して、半導体作業片１０の頂部または第１の側１４に対して効果的なシールを形成する。
【００２２】
図３は、作業片１０の周囲１５に直接アライメントされている支持構造体１６を示している。あるいは、支持構造体１６は、図１に最もよく見られるように、排他区域内に留まっているように、選択された区域中に侵入せず、半導体デバイス１２の回路パターンが配置されているその区域を取り囲んでいる限り、周囲１５からわずかに入り込んでいても差し支えない。回路パターンを実装する前に、もしくは支持構造体１６の第１層の構築中または支持構造体の完成後に回路パターンを実装した後に、作業片１０を部分的に被包するコーティングを提供するために、感光性樹脂（図示せず）の一層などのコーティングを、未加工のウェハー上の作業片１０の第１の側１４の頂部に亘って施しても差し支えない。固定部材１１を用いて、コーティング工程中に作業片１０を保持しても差し支えない。
【００２３】
支持構造体１６の構築および必要に応じて感光性樹脂の被包層の塗布が完了した際に、半導体作業片１０は、コーティング・システムおよびその固定部材１１から取り外され、材料を完全に硬化させるために紫外線が照射される後硬化装置に施される。モドレク(Modrek)等に発行され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５１６４１２８号明細書には、使用できる適切な後硬化プロセスが記載されている。一旦完全に硬化されたら、支持構造体１６を有する作業片１０は、曲げ応力に対して追加された強度を有し、次いで、作業片１０の反対の第２の側から過剰の基板を除去するために背面エッチングによって処理することができる。
【００２４】
支持構造体１６は、「未処理」状態にあるかまたは追加の後硬化の後であるかにかかわらず、薄くかつ曲がりやすい作業片１０に強度を加える。背面エッチングプロセスを行って、いくつかの特有の利点を有するより薄いウェハーを得る。第１に、より薄いウェハーまたは作業片１０は、それほど熱を保持せず、適切な放熱板によってより多くの熱を放出することができるので、作業デバイスにおいて改善された熱放散特性を有することができる。それに加え、より薄いマイクロチップは、互いに積重することができ、「スマート・カード」を含む幅広い用途に用いられる。支持構造体１６は、作業片１０の縁または周囲１５を保護し、それに亀裂やチップが生じるのを防ぐ。亀裂は、未検査の場合、作業片１０全体に伝搬し、作業片を役に立たなくすることがある。しかしながら、支持構造体１６の主要な価値は、酸エッチング・プロセスに用いられる高腐食性酸による攻撃から第１の側１４の半導体デバイスを保護する能力、並びに、特にウェハーがエッチングによって薄くされた後の、取扱い中のウェハーの補強にある。支持構造体１６は、割れが生じたかもしれないウェハー上の高価な半導体デバイスの損失を、いくつかの半導体デバイスを救済できるように亀裂の伝搬を抑制しかつ薄いウェハーに支持を与えることによって、減少させることもできる。
【００２５】
この酸エッチング・プロセスでは、上向きの半導体デバイス１２を有する作業片１０を保持する適切な担体または掴み具（図示せず）を使用する。真空を用いて、作業片１０を担体に引きつけても差し支えない。４９％濃縮フッ化水素酸、７０％濃縮硝酸、および８５％濃縮リン酸からなる酸混合物が、二種類の異なる混合物に用いられる。一方の混合物は、約１：３：３の混合比を有し、他方は約１：７：７の混合比を有して差し支えない。これは、例えば、シリコンを用いる場合は、所望の厚さになるまで、作業片の反対の第２の側１７から過剰のシリコンを背面エッチングするために用いられる。元の作業片の厚さは、約７００から７５０マイクロメートル以上であって差し支えないが、その厚さの１／７未満の厚さまで減少させることができる。最終的な厚さが薄いほど、完成したウェハーの見込みのある用途が広くなる。所望の厚さにするために、電気抵抗測定を使用したりすることによって、露出時間を精密に制御するように、酸エッチングにおいて浴内の化学反応のバランスを観察する。適切な時間に、酸エッチングを担体デバイスから除去し、厚さの減少した作業片は、ダイヤ刃の鋸による切断などによって、支持構造体１６の取外しの準備ができている。
【００２６】
酸混合物に対するバリヤおよびシールとして働く支持構造体１６の厚さは、特定の担体構造および他の設計の特性に応じて、厚さが約２．５ｍｍから約２０ｍｍ（約０．１インチから約０．８インチ）、高さが約１．５ｍｍから約５．０ｍｍ（約０．０６０インチから約０．２インチ）に及んで差し支えない。支持構造体１６は、効果的なバリヤおよびシールであるだけでなく、酸エッチング混合物に対して耐性である。
【００２７】
適切なステレオリソグラフィー樹脂は、Ａｃｃｕｒａ（登録商標）ｓｉ  ４０樹脂としてスリーディー・システムズ社により市販されているものである。この樹脂は、２つのエポキシド基を持つ少なくとも一種類の脂環式エポキシドを有する少なくとも一種類の重合性有機物質、少なくとも一種類の芳香族ジ（メタ）アクリレート化合物および必要に応じて三官能性以上のメタクリレート化合物を含む少なくとも一種類のフリーラジカル重合性物質、少なくとも一種類のヒドロキシ官能性芳香族化合物並びに適切なカチオン性およびフリーラジカル重合開始剤を含有する。この樹脂は、重合した状態で、酸エッチング組成物に対して耐性であることが実証されている。使用する特定の酸エッチング組成物に対する耐性に応じて、他のステレオリソグラフィー樹脂を用いてもよい。
【００２８】
本発明を特定の実施の形態を参照して説明してきたが、ここに開示した本発明の概念から逸脱せずに、様々な変更、改変および変形を行えることが明らかである。例えば、適切なコーティング・システムは、支持構造体を形成するために、もしくは作業片またはウェハー上に樹脂の被包層を塗布するために、噴射材料として光硬化性樹脂を用いる三次元インク・ジェット・プリント・システムを含んでもよい。したがって、添付の特許請求の範囲に含まれるそのような変更、改変および変形の全てを包含することが意図されている。ここに引用した全ての特許および特許出願は、関連部分の参照によって具体的に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】支持構造体の構築中に半導体作業片を適所に保持するために形成されたステレオリソグラフィー固定部材および回路パターンをその上に有する半導体作業片を示す分解斜視図
【図２】図１の回路部分２の周りにとられた半導体作業片および支持構造体の周囲の一部の詳細図
【図３】図１の線分３−３に沿ってとられた半導体作業片および支持構造体の縁の断面図
【符号の説明】
【００３０】
１０    半導体作業片またはウェハー
１１    固定部材
１２    半導体デバイス
１６    支持構造体
２１    三角形パターンアーム
２２    中央アーム
【図１】
2007502022.tif 000004
【図２】
2007502022.tif 000005
【図３】
2007502022.tif 000006
【国際調査報告】
2007502022.tif 000007
2007502022.tif 000008
2007502022.tif 000009