(57)【要約】【課題】ボンディングパッドに穴を開けることなくウエーハの基板にボンディングパッドに達するビアホールを形成することができるウエーハの加工方法を提供する。【解決手段】シリコン基板の表面に複数のデバイスが形成されているとともにデバイスにボンディングパッドが形成されているウエーハに、シリコン基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射してボンディングパッドに達するビアホールを形成するウエーハの加工方法であって、ボンディングパッドの厚みが５μm以上に設定され、パルスレーザー光線は波長が３５５nmで１パルス当たりのエネルギー密度が２０〜３５J／cm2に設定されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の表面に複数のデバイスが形成されているとともにデバイスにボンディングパッドが形成されているウエーハに、シリコン基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射してボンディングパッドに達するビアホールを形成するウエーハの加工方法であって、
ボンディングパッドの厚みが５μm以上に設定され、
パルスレーザー光線は、波長が３５５nmで１パルス当たりのエネルギー密度が２０〜３５J／cm2に設定されている、
ことを特徴とするウエーハの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に複数のデバイスが形成されているとともにデバイスにボンディングパッドが形成されているウエーハに、基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射してボンディングパッドに達するビアホールを形成するウエーハの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。
【０００３】
装置の小型化、高機能化を図るため、複数の半導体チップを積層し、積層された半導体チップのボンディングパッドを接続するモジュール構造が実用化されている。このモジュール構造は、半導体ウエーハを構成する基板の表面に複数のデバイスが形成されているとともに該デバイスにボンディングパッドが形成されており、このボンディングパッドが形成された箇所に基板の裏面側からボンディングパッドに達する細孔（ビアホール）を穿設し、このビアホールにボンディングパッドと接続するアルミニウム、銅等の導電性材料を埋め込む構成である。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００３−１６３３２３号公報
【０００４】
上述した半導体ウエーハに形成されるビアホールは、一般にドリルによって形成されている。しかるに、半導体ウエーハに設けられるビアホールは直径が１００〜３００μmと小さく、ドリルによる穿孔では生産性の面で必ずしも満足し得るものではない。しかも、上記ボンディングパッドの厚さは１μm程度であり、ボンディングパッドを破損することなくウエーハを形成するシリコン等の基板のみにビアホールを形成するためには、ドリルを極めて精密に制御しなければならない。
【０００５】
上記問題を解消するために本出願人は、基板の表面に複数のデバイスが形成されているとともに該デバイスにボンディングパッドが形成されているウエーハに、基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射してボンディングパッドに達するビアホールを効率よく形成するウエーハの穿孔方法を特願２００５−２４９６４３号として提案した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したウエーハの穿孔方法に用いるパルスレーザー光線は、ウエーハの基板は効率よく飛散加工(アブレーション加工)するがボンディングパッドは飛散加工されないエネルギー密度に設定することが望ましい。また、ウエーハの基板にボンディングパッドに達するビアホールを形成するためには、パルスレーザー光線を４０〜８０パルス照射する必要がある。このように、ウエーハの基板にパルスレーザー光線を４０〜８０パルス照射してボンディングパッドに達するビアホールを形成すると、パルスレーザー光線の照射によって発生する熱が蓄積され、ボンディングパッドの厚さが１μm程度と薄いと溶融して穴が開くという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ボンディングパッドに穴を開けることなくウエーハの基板にボンディングパッドに達するビアホールを形成することができるウエーハの加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、シリコン基板の表面に複数のデバイスが形成されているとともにデバイスにボンディングパッドが形成されているウエーハに、シリコン基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射してボンディングパッドに達するビアホールを形成するウエーハの加工方法であって、
ボンディングパッドの厚みが５μm以上に設定され、
パルスレーザー光線は、波長が３５５nmで１パルス当たりのエネルギー密度が２０〜３５J／cm2に設定されている、
ことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
【０００９】
上記ボンディングパッドは、金、ニッケル、チタン、タンタレート、コバルト、タングステン、銅のいずれかからなっていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるウエーハの加工方法においては、パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー密度をシリコン基板は飛散加工するがボンディングパッドは飛散加工されない２０〜３５J／cm2に設定されているとともに、ボンディングパッドの厚みが５μm以上に設定されているので、ボンディングパッドに穴を開けることなくシリコン基板にはボンディングパッドに達するビアホールを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明によるビアホールの加工方法について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１２】
図１には本発明によるビアホールの加工方法によって加工されるウエーハとしての半導体ウエーハ２の斜視図が示されている。図１に示す半導体ウエーハ２は、厚さが例えば１００μmのシリコンによって形成された基板２１の表面２１aに格子状に配列された複数のストリート２２によって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２３がそれぞれ形成されている。この各デバイス２３は、全て同一の構成をしている。デバイス２３の表面にはそれぞれ複数のボンディングパッド２４が形成されている。このボンディングパッド２４は、融点が高く熱吸収性が比較的低い金属である金（Au：融点１７６９℃）、ニッケル（Ni：融点１４５３℃）、チタン（Ti：融点１６６０℃）、タンタレート（Ta：融点２９９６℃）、コバルト（Co：融点１４９５℃）、タングステン（W：融点３４１０℃）、銅（Cu：融点１０８３℃）を用いることが望ましく、その厚みを５μm以上に設定する。なお、ボンディングパッドは一般に１μm程度のアルミニウム（Al：融点６６０℃）によって形成されているが、上述した融点が高く熱吸収性が比較的低い金属を蒸着等により積層して厚みを５μm以上に形成してもよい。
【００１３】
上記半導体ウエーハ２には、シリコン基板２１の裏面２１b側からパルスレーザー光線を照射しボンディングパッド２４に達するビアホールが穿設される。この半導体ウエーハ２のシリコン基板２１にビアホールを穿設するには、図２および図３に示すレーザー加工装置３を用いて実施する。図２および図３に示すレーザー加工装置３は、被加工物を保持するチャックテーブル３１と、該チャックテーブル３１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段３２を具備している。チャックテーブル３１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り機構によって図２において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り機構によって矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
【００１４】
上記レーザー光線照射手段３２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング３２１を含んでいる。ケーシング３２１内には図３に示すようにパルスレーザー光線発振手段３２２と出力調整手段３２３とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段３２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器３２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段３２２ｂとから構成されている。上記出力調整手段３２３は、パルスレーザー光線発振手段３２２から発振されたパルスレーザー光線の出力を所望の出力に調整する。これらパルスレーザー光線発振手段３２２および出力調整手段３２３は、図示しない制御手段によって制御される。上記ケーシング３２１の先端部には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）を収容した集光器３２４が装着されている。この集光器３２４は、上記パルスレーザー光線発振手段３２２から発振されたパルスレーザー光線を所定の集光スポット径に集光して、上記チャックテーブル３１に保持される被加工物に照射する。
【００１５】
図示のレーザー加工装置３は、上記レーザー光線照射手段３２を構成するケーシング３２１の先端部に装着された撮像手段３３を備えている。この撮像手段３３は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
【００１６】
以下、上記図２および図３に示すレーザー加工装置３を用いて上記図１に示す半導体ウエーハ２のシリコン基板２１にボンディングパッド２４に達するビアホールを形成するウエーハの加工方法について説明する。
先ず、図２に示すようにレーザー加工装置３のチャックテーブル３１上に半導体ウエーハ２の表面２aを載置し、チャックテーブル３１上に半導体ウエーハ２を吸引保持する。従って、半導体ウエーハ２は、裏面２１bを上側にして保持される。
【００１７】
上述したように半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル３１は、図示しない加工送り機構によって撮像手段３３の直下に位置付けられる。チャックテーブル３１が撮像手段３３の直下に位置付けられると、チャックテーブル３１上の半導体ウエーハ２は、所定の座標位置に位置付けられた状態となる。この状態で、チャックテーブル３１に保持された半導体ウエーハ２に形成されている格子状のストリート２２がX方向とY方向に平行に配設されているか否かのアライメント作業を実施する。即ち、撮像手段３３によってチャックテーブル３１に保持された半導体ウエーハ２を撮像し、パターンマッチング等の画像処理を実行してアライメント作業を行う。このとき、半導体ウエーハ２のストリート２２が形成されている基板２１の表面２１ａは下側に位置しているが、撮像手段３３が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、基板２１の裏面２１ｂから透かしてストリート２２を撮像することができる。
【００１８】
上述したアライメント作業を実施することにより、チャックテーブル３１上に保持された半導体ウエーハ２は、所定の座標位置に位置付けられたことになる。なお、半導体ウエーハ２のシリコン基板２１の表面２１aに形成されたデバイス２３に形成されている複数のボンディングパッド２４は、その設計上の座標位置が予めレーザー加工装置３の図示しない制御手段に格納されている。
【００１９】
上述したアライメント作業を実施したならば、図４に示すようにチャックテーブル３１を移動し、半導体ウエーハ２の基板２１に所定方向に形成された複数のデバイス２３における図４において最左端のデバイス２３を集光器３２４の直下に位置付ける。そして、図４において最左端のデバイス２３に形成された複数のボンディングパッド２４における最左端のボンディングパッド２４を集光器３２４の直下に位置付ける。
【００２０】
次に、レーザー光線照射手段３２を作動し集光器３２４からパルスレーザー光線を基板２１の裏面２１ｂ側から照射し、基板２１に裏面２１ｂからボンディングパッド２４に達するビアホールを形成するビアホール形成工程を実施する。このとき、パルスレーザー光線の集光スポットPを基板２１の裏面２１ｂ(上面)付近に合わせる。なお、照射するレーザー光線はシリコン基板２１に対して吸収性を有する波長(３５５ｎｍ)のパルスレーザー光線を用い、パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー密度はシリコン基板２１は飛散加工(アブレーション加工)するが金属からなるボンディングパッド２４は飛散加工されない２０〜３５J／cm2に設定することが望ましい。即ち、パルスレーザー光線の１パルス当たり２０J／cm2のエネルギー密度はシリコン基板を飛散加工可能な下限値であり、パルスレーザー光線の１パルス当たり３５J／cm2のエネルギー密度は金属からなるボンディングパッドが飛散加工されない上限値である。
【００２１】
１パルス当たりのエネルギー密度が３５J／cm2のパルスレーザー光線をシリコン基板２１の裏面２１ｂ側から照射すると、パルスレーザー光線１パルスによって２μmの深さの孔を形成することができる。従って、シリコン基板２１の厚さが１００μmの場合には、パルスレーザー光線を５０パルス照射することにより、図５に示すようにシリコン基板２１には裏面２１bから表面２１a即ちボンディングパッド２４に達するビアホール２５を形成することができる。なお、１パルス当たりのエネルギー密度が２０J／cm2のパルスレーザー光線を用いた場合には、厚さが１００μmの基板２１にパルスレーザー光線を８０パルス照射することにより、図５に示すように基板２１には裏面２１bから表面２１a即ちボンディングパッド２４に達するビアホール２５を形成することができる。
【００２２】
しかるに、上述したようにパルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー密度をシリコン基板２１は飛散加工(アブレーション加工)するが金属からなるボンディングパッド２４は飛散加工されない２０〜３５J／cm2に設定しても、ボンディングパッド２４の厚みが従来のように１μm程度であると、シリコン基板２１の加工時に蓄積された熱とパルスレーザー光線の照射によってボンディングパッド２４が溶融して穴が開く。しかるに、図示の実施形態におけるボンディングパッド２４は、上述したように融点が高い金属で形成され、しかも厚みが５μm以上に設定されているので、上述したビアホール形成工程を実施しても穴が開くことはない。
【実施例】
【００２３】
厚さが１００μmのシリコン基板の表面に厚みが１μmのアルミニウムからなるボンディングパッドが形成されたウエーハに、アルミニウムからなるボンディングパッドの表面に厚みが５μmの金（Au）を蒸着によって積層した。このように形成したウエーハの裏面側から、下記の加工条件で上記ビアホール形成工程を実施した。
レーザー光線の光源            ：ＹＡＧレーザー
波長                          ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数                ：１０kHz
１パルス当たりのエネルギー密度：３５J／cm2
スポット径                    ：φ８０μｍ
照射パルス数                  ：５０パルス
この加工条件によって上記ビアホール形成工程を実施した結果、ボンディングパッドに穴を開けることなく、シリコン基板にボンディングパッドに達するビアホールを形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるウエーハの加工方法によって加工されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。
【図２】本発明によるウエーハの加工方法を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。
【図３】図２に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成ブロック図。
【図４】本発明によるウエーハの加工方法におけるビアホール形成工程の説明図。
【図５】本発明によるウエーハの加工方法におけるビアホール形成工程が実施されることによってビアホールが形成された半導体ウエーハの一部拡大断面図。
【符号の説明】
【００２５】
２：半導体ウエーハ
２１：半導体ウエーハの基板
２２：ストリート
２３：デバイス
２４：ボンディングパッド
２５：ビアホール
３：レーザー加工装置
３１：レーザー加工装置のチャックテーブル
３２：レーザー光線照射手段
３２４：集光器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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