(57)【要約】【課題】作業効率を低下させることなしに、一方の面と他方の面との間で基板の面内において均等に導通可能な薄膜基板を形成する。【解決手段】絶縁性材料製基板を加工する基板加工方法であって、絶縁性材料とは硬さの異なる導電性材料製柱状部材が基板の一面に形成された同一深さの複数の孔内に充填されている基板加工方法において、基板の一面を保持手段に接触させることにより基板を保持し、基板を保持手段上に保持しつつ基板の他面を柱状部材の端面に達する直前まで研削し、基板を保持手段上に保持しつつ基板の他面を端面に達するまで研磨する基板加工方法およびこの基板加工方法を行う基板加工装置が提供される。研磨材の内容物を変更することにより、柱状部材の端面および基板の他面のうちの一方が他方よりも突出させてもよい。柱状部材の端面および基板の他面のうちの一方が他方よりも突出するのを検出することを含んでよい。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性材料製基板を加工する基板加工方法であって、前記絶縁性材料とは硬さの異なる導電性材料製柱状部材が前記基板の一面に形成された同一深さの複数の孔内に充填されている基板加工方法において、
前記基板の前記一面を保持手段に接触させることにより前記基板を保持し、
前記基板を前記保持手段上に保持しつつ前記基板の他面を前記柱状部材の端面に達する直前まで研削し、
前記基板を前記保持手段上に保持しつつ前記基板の前記他面を前記柱状部材の前記端面に達するまで研磨する基板加工方法。
【請求項２】
前記基板の前記他面を研磨するための研磨手段が前記基板の前記他面と前記研磨手段との間に隙間を設けた状態で位置決めされており、前記基板の前記他面と前記研磨手段とが直接的に接触することなしに研磨材の運動のみによって前記基板の前記他面が研磨されるようにした請求項１に記載の基板加工方法。
【請求項３】
前記基板の前記他面を研磨する際に用いられる研磨材の内容物を変更することにより、前記柱状部材の前記端面および前記基板の前記他面のうちの一方がこれらのうちの他方よりも突出できるようにした請求項１または２に記載の基板加工方法。
【請求項４】
さらに、前記柱状部材の前記端面および前記基板の前記他面のうちの一方がこれらのうちの他方よりも突出するのを検出することを含む請求項３に記載の基板加工方法。
【請求項５】
絶縁性材料製基板を加工する基板加工装置であって、前記絶縁性材料とは硬さの異なる導電性材料製柱状部材が前記基板の一面に形成された同一深さの複数の孔内に充填されている基板加工装置において、
前記基板の前記一面を接触させることにより前記基板を保持する保持手段と、前記基板を前記保持手段上に保持しつつ前記基板の他面を前記柱状部材の端面に達する直前まで研削する研削手段と、
前記基板を前記保持手段上に保持しつつ前記基板の前記他面を前記柱状部材の前記端面に達するまで研磨する研磨手段とを具備する基板加工装置。
【請求項６】
前記研磨手段が前記基板の前記他面と前記研磨手段との間に隙間を設けた状態で位置決めされており、前記基板の前記他面と前記研磨手段とが直接的に接触することなしに研磨材の運動のみによって前記基板の前記他面が研磨されるようにした請求項５に記載の基板加工装置。
【請求項７】
前記基板の前記他面を研磨する際に用いられる研磨材の内容物を変更することにより、前記柱状部材の前記端面および前記基板の前記他面のうちの一方がこれらのうちの他方よりも突出できるようにした請求項５または６に記載の基板加工方法。
【請求項８】
さらに、前記柱状部材の前記端面および前記基板の前記他面のうちの一方がこれらのうちの他方よりも突出するのを検出する検出手段を具備する請求項７に記載の基板加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造時に使用される基板、例えばシリコンウェーハを加工するための基板加工方法および基板加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造分野においては実装密度を高めるために半導体素子を軽量化および薄膜化することが要求されている。特に近年では素子構造が複雑化しているので、薄膜化された基板、例えばシリコンウェーハを積層する場合が多い。このように複数の基板を積層する場合には、基板の一方の面と他方の面とを電気的に接続する必要がある。
【０００３】
図４（ａ）から図４（ｅ）は従来技術における薄膜化のために基板を加工する基板加工方法を示す工程図である。図４（ａ）に示すように、露光またはプラズマ処理などにより、基板２０の表面２１に同一深さの複数の孔２３を形成する。これら孔２３は通常は円形である。また、基板２０は例えばシリコンから形成されているので、孔２３の内面には二酸化珪素からなる酸化被膜２４が形成される。次いで、図４（ｂ）に示すように導電性材料、例えば銅をメッキなどによりこれら孔の内部に充填する。これにより、基板内に導電性材料からなる柱状部材２６が形成される。さらに、図４（ｃ）に示すように基板２０の表面２１を基板研削用の吸着部６１上に吸着させた後に、基板２０の裏面２２から孔２３の底面すなわち柱状部材の端面２７に向かって研削を行う。次いで、図４（ｄ）に示すように基板研削用の吸着部６１を解除して、基板２０を吸着部６１から基板研磨用の吸着部７１に移動させて、これに吸着させる。さらに図４（ｅ）に示すように研磨により孔２３の底面２７と基板２０の裏面２２との間の部分を除去する。このとき、端面付近における二酸化珪素の酸化被膜２４が部分的に除去される。これにより、一方の面２１と他方の面２２との間で導通可能な薄膜基板を形成できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術においては基板２０を基板研削用の吸着部６１から基板研磨用の吸着部７１に移動させる必要がある。基板研削用の吸着部６１の平坦性と基板研磨用の吸着部７１の平坦性とは同一でないので、このように基板２０を移動させることにより基板２０に対するマイクロメートルオーダでの平坦性は維持されない。また、近年使用されるウェーハは比較的大きく、例えば直径が２０３．２ｍｍ（８インチ）または３０４．８０ｍｍ（１２インチ）などであるので、基板２０の表面２１に形成された孔２３の深さは基板２０の表面２１内においてばらつく。例えば７０マイクロメートルの深さの孔２３を形成した場合に、基板２０の表面２１内におけるばらつきは孔２３の深さに対して約±１０％である。従って、高精度、例えば５マイクロメートル程度の精度が孔２３の深さに対して要求される場合には、表面と裏面との間で基板の面内において均等に導通可能な薄膜基板を形成することは困難である。このような場合には、最終的に形成される半導体素子に対する歩留まりが基板内において大幅に低下する。
【０００５】
また、孔２３の底面２７を越えるまで研磨することにより研磨作用のみによって基板２０を薄膜化することも想定されるが、この場合には研磨作用を長時間行う必要があるので作業効率が大幅に低下する。
【０００６】
それゆえ、本発明は、作業効率を低下させることなしに、マイクロメートルオーダの精度でもって一方の面と他方の面との間で基板の面内において均等に導通可能な薄膜基板を形成することができる基板加工方法および基板加工装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために請求項１に記載の発明によれば、絶縁性材料製基板を加工する基板加工方法であって、前記絶縁性材料とは硬さの異なる導電性材料製柱状部材が前記基板の一面に形成された同一深さの複数の孔内に充填されている基板加工方法において、前記基板の前記一面を保持手段に接触させることにより前記基板を保持し、前記基板を前記保持手段上に保持しつつ前記基板の他面を前記柱状部材の端面に達する直前まで研削し、前記基板を前記保持手段上に保持しつつ前記基板の前記他面を前記柱状部材の前記端面に達するまで研磨する基板加工方法が提供される。
【０００８】
すなわち請求項１に記載の発明によって、作業効率を低下させることなしに、マイクロメートルオーダの精度でもって一方の面と他方の面との間で基板の面内において均等に導通可能な薄膜基板を形成することができる。絶縁性材料は例えばシリコンであり、導電性材料は例えば銅またはアルミニウムである。研磨作用として、化学研磨材を含有する研磨加工液を用いる研磨装置による化学研磨方式を採用してもよい。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、前記基板の前記他面を研磨するための研磨手段が前記基板の前記他面と前記研磨手段との間に隙間を設けた状態で位置決めされており、前記基板の前記他面と前記研磨手段とが直接的に接触することなしに研磨材の運動のみによって前記基板の前記他面が研磨されるようにした。
【００１０】
すなわち請求項２に記載の発明によって、基板をさらに高精度で加工することができる。基板の他面は前記隙間内の研磨材のみを介して研磨手段に接触しており、この隙間は研磨材の粒径、例えば５マイクロメートルにほぼ等しいのが好ましい。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、前記基板の前記他面を研磨する際に用いられる研磨材の内容物を変更することにより、前記柱状部材の前記端面および前記基板の前記他面のうちの一方がこれらのうちの他方よりも突出できるようにした。
【００１２】
すなわち請求項３に記載の発明によって、前記柱状部材の端面および前記基板の前記他面のうちの端面が突出する場合にはこのような基板を積層する際にこれら基板間での導通を最短距離で確保することができる。前記柱状部材の端面および前記基板の前記他面のうちの前記他面が突出する場合には予めボールグリッドアレイが形成された別の基板を本基板加工方法により加工される基板の前記他面上に位置決めするのを容易にできると共に、ボールグリッドアレイのバンプ（ボール）を柱状部材の端面に接触させることにより本基板と別の基板との間の導通を最短距離で確保できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、さらに、前記柱状部材の前記端面および前記基板の前記他面のうちの一方がこれらのうちの他方よりも突出するのを検出することを含む。
【００１４】
すなわち請求項４に記載の発明によって、検出手段、例えばセンサにより基板の突出部分を所望の寸法に形成することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、絶縁性材料製基板を加工する基板加工装置であって、前記絶縁性材料とは硬さの異なる導電性材料製柱状部材が前記基板の一面に形成された同一深さの複数の孔内に充填されている基板加工装置において、前記基板の前記一面を接触させることにより前記基板を保持する保持手段と、前記基板を前記保持手段上に保持しつつ前記基板の他面を前記柱状部材の端面に達する直前まで研削する研削手段と、前記基板を前記保持手段上に保持しつつ前記基板の前記他面を前記柱状部材の前記端面に達するまで研磨する研磨手段とを具備する基板加工装置が提供される。
【００１６】
すなわち請求項５に記載の発明によって、作業効率を低下させることなしに、マイクロメートルオーダの精度でもって一方の面と他方の面との間で基板の面内において均等に導通可能な薄膜基板を形成することができる。絶縁性材料は例えばシリコンであり、導電性材料は例えば銅またはアルミニウムである。研磨作用として、化学研磨材を含有する研磨加工液を用いる研磨装置による化学研磨方式を採用してもよい。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、前記研磨手段が前記基板の前記他面と前記研磨手段との間に隙間を設けた状態で位置決めされており、前記基板の前記他面と前記研磨手段とが直接的に接触することなしに研磨材の運動のみによって前記基板の前記他面が研磨されるようにした。
【００１８】
すなわち請求項６に記載の発明によって、基板をさらに高精度で加工することができる。基板の他面は前記隙間内の研磨材のみを介して研磨手段に接触しており、この隙間は研磨材の粒径、例えば５マイクロメートルにほぼ等しいのが好ましい。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、前記基板の前記他面を研磨する際に用いられる研磨材の内容物を変更することにより、前記柱状部材の前記端面および前記基板の前記他面のうちの一方がこれらのうちの他方よりも突出できるようにした。
【００２０】
すなわち請求項７に記載の発明によって、前記柱状部材の端面および前記基板の前記他面のうちの端面が突出する場合にはこのような基板を積層する際にこれら基板間での導通を最短距離で確保することができる。前記柱状部材の端面および前記基板の前記他面のうちの前記他面が突出する場合には予めボールグリッドアレイが形成された別の基板を本基板加工方法により加工される基板の前記他面上に位置決めするのを容易にできると共に、ボールグリッドアレイのバンプ（ボール）を柱状部材の端面に接触させることにより本基板と別の基板との間の導通を最短距離で確保できる。
【００２１】
請求項８に記載の発明によれば、さらに、前記柱状部材の前記端面および前記基板の前記他面のうちの一方がこれらのうちの他方よりも突出するのを検出する検出手段を具備する。
【００２２】
すなわち請求項８に記載の発明によって、検出手段、例えばセンサにより基板の突出部分を所望の寸法に形成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１（ａ）から図１（ｄ）は本発明に基づく機械加工方法を示すための工程図である。図１（ａ）に示すように、露光またはプラズマ処理などにより、基板２０、例えばシリコンウェーハの表面２１に同一深さの複数の孔２３を形成する。これら孔２３は基板２０の表面２１に格子状に形成されている。これら孔２３は通常は円形であるが他の形状、例えば矩形などであってもよい。本発明においては基板２０の厚さは約７００マイクロメートルであり、孔２３の深さは約７０マイクロメートルである。図１（ａ）から分かるように基板２０、例えばシリコンウェーハであり、孔２３の内面は二酸化珪素からなる酸化被膜２４により被覆される。
【００２４】
次いで、図１（ｂ）に示すように、導電性材料、例えば銅またはアルミニウムをこれら孔の内部に充填する。この際、孔２３の内面（酸化被膜２４の内面）に導電性材料からなる薄膜を例えばスパッタリングなどにより形成する。次いで例えばメッキなどにより導電性材料、例えば銅またはアルミニウムを孔２３内に充填する。すなわち、前述した薄層はシードとしての役目を果たす。これにより、基板内に導電性材料からなる複数の柱状部材２６が形成される。
【００２５】
さらに図１（ｃ）に示すように、基板２０の表面２１を基板研削用の吸着部５１上に吸着させる。基板２０の表面２１上に保護膜（図示しない）を付加した後に基板２０の表面２１を吸着部５１に吸着させているが、理解を容易にするために図面においてはこのような保護膜を省略している。次いで研削部６２によって、基板２０の裏面２２から孔２３の底面すなわち柱状部材の端面２７に向かって基板２０を研削する。このように裏面を研削するのに使用される研削装置をバックグラインダと呼ぶ。本発明における研削作用は、表面２１を下方に向けた状態で回転可能な吸着部５１上に基板２０を吸着させ、基板２０の裏面２２上に研削部６２を下降させることにより研削を行うインフィード方式である。当然のことながら、他の研削方式、例えばテーブル上において複数の基板を回転運動させつつ研削装置を回転させるクリープフィード方式を採用することもできる。この研削作用は柱状部材２６の端面２７に達する直前、例えば底面から８マイクロメートルの位置まで行う。
【００２６】
次いで、図１（ｄ）に示すように研削時に使用した吸着部５１に基板２０を吸着させた状態で、吸着部５１を反転させる。次いでこの吸着部５１を研磨部６３上に移動させ、吸着部５１または研磨部６３を回転させることにより研磨を行う。本発明においては化学研磨材を含有する研磨加工液を用いる研磨装置による研磨方式を採用しているが、通常の研磨方式を採用してもよい。このような研磨作用により、柱状部材２６の端面２７と基板２０の裏面２２との間の部分を除去する。前述したように柱状部材２６の端面２７と基板２０の裏面２２との間の距離は約８マイクロメートルであるので、研磨時間は比較的短く、作業効率が低下するのを妨げることができる。本発明においては研削時と研磨時とで同一の吸着部５１を採用しているので、形成される薄膜基板は複数の柱状部材２６によって一方の面と他方の面との間で導通可能であって、マイクロメートルオーダの精度を有しうる。すなわち本発明においては単一の吸着部５１のみを使用しているので研削時と研磨時とにおける基板２０の平坦性を維持することができる。
【００２７】
本発明の別の実施形態においては研磨時に基板２０の裏面２２と研磨部６３との間に隙間が形成されている。この隙間は研磨材の粒径である約５マイクロメートル程度である。研磨部６３を起動、例えば回転させることにより、研磨材が基板２０の裏面２２と研磨部６３との間において運動する。このような場合には、基板２０の裏面２２と研磨部６３とは直接的に接触していないが、研磨材の運動のみにより基板２０の裏面２２が研磨される。このように間接的な研磨作用を行うことにより、基板をさらに高精度で加工することができる。
【００２８】
図２（ａ）は本発明に基づく基板加工方法により加工した基板の拡大図である。図２（ａ）は基板を形成する絶縁性材料が柱状部材を形成する導電性材料よりも硬い場合を想定している。すなわち絶縁性材料は例えばシリコンであり、導電性材料は軟質金属、例えば銅またはアルミニウムである。このような場合に研磨時に採用される研磨材は酸を含んでいる。このような酸はフッ化水素酸、もしくはフッ化水素酸と硝酸および／または酢酸との混合物でありうる。これにより、基板を研磨する際に、柱状部材２６の端部が緩やかな湾曲部を形成しつつ基板の裏面２２よりも凹むようになる。すなわち、基板２０の裏面２２が柱状部材２６の端面２７よりも突出している。このような凹部は研磨部６３に含まれる研磨布が回り込むことにより形成される。以下、このように柱状部材２６に形成された凹部をディッシング３１と呼ぶ。
【００２９】
図２（ｂ）は図２（ａ）に示される基板の適用例である。図２（ｂ）においては、ディッシング３１が形成された基板２０上にバンプウェハ２９が設置されている。バンプウェハ２９の表面にはボールグリッドアレイ３３が形成されていて、ボールグリッドアレイ３３のバンプ端子３５はボール状になっている。図２（ｂ）から分かるように、バンプウェハ２９を基板２０上に設置するときに、バンプウェハ２９のバンプ端子３５が基板２０のディッシング３１に係合する。これにより、バンプ端子３５の先端部分はディッシング３１に接触するようになる。図２（ａ）においてバンプ端子３５の高さは一般的には約１５０マイクロメートルであるので、ディッシング３１の深さはバンプ端子３５の高さよりも小さいのが好ましい。これにより、バンプ端子３５とディッシング３１とが確実に接触しうる。従って、ディッシング３１を含む柱状部材２６とバンプ端子３５とが電気的に接続される。それゆえ、基板２０上にバンプウェハ２９を積層する際に、基板２０とバンプウェハ２９とを電気的に容易に接続することができる。さらに、バンプ端子３５がディッシング３１に係合可能であることより、バンプウェハ２９を基板２０上に容易に位置決めできると共に、バンプウェハ２９が移動するのを妨げることができる。
【００３０】
図３（ａ）は本発明に基づく基板加工方法により加工した他の基板の拡大図である。このような場合には、前述した酸に加えて砥粒を含む研磨材を研磨時に使用する。これにより基板を研磨する際に、基板２０の裏面の一部が緩やかな湾曲部を形成しつつ柱状部材２６よりも凹むようになる。すなわち柱状部材２６の端面２７が基板２０の裏面２２よりも突出している。同様に、このような凹部は研磨部６３に含まれる研磨布が回り込むことにより形成される。以下、このように基板２０に形成された凹部をディッシング３２と呼ぶ。また、このようなディッシング３２は図３（ａ）における柱状部材を形成する導電性材料が基板を形成する絶縁性材料よりも硬い場合にも形成されうる。
【００３１】
図３（ｂ）は図３（ａ）に示される基板の適用例である。図３（ｂ）においては図３（ａ）に示すような柱状部材２６が同一パターンをなして形成された複数の薄膜基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃが互いに積層されている。これら薄膜基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃの寸法はほぼ等しいので、積層時に薄膜基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃの複数の柱状部材２６ａ、２６ｂ、２６ｃは互いに同位置に配置される。さらに図３（ｂ）に示すディッシング３２ａ、３２ｂ、３２ｃが基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃの各裏面２２ａ、２２ｂ、２２ｃ上に形成されているので、基板２０ａ、２０ｂの各表面２１ａ、２１ｂは隣接する基板２０ｂ、２０ｃの各ディッシング３２ｂ、３２ｃに接触しない。さらに、これら基板内の柱状部材２６ａ、２６ｂ、２６ｃは隣接する基板の各柱状部材に接触するようになる。従って、このような場合には、隣接する基板の絶縁性部分が接触することによりこれら基板の導電性部分の接触が妨げられることなしに、柱状部材２６ａ、２６ｂ、２６ｃによって各基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃが互いに電気的に接続される。すなわち図３（ａ）に示すような基板を複数形成することによって、積層時においてこれら基板を電気的に最短距離で接続することができる。従って、図３（ｂ）に示すような場合には、例えば基板２０ａの表面２１ａと基板２０ｂの表面２１ｂとの間に迂回用のリード等を設ける必要がない。
【００３２】
図２（ａ）のようにディッシング３１が形成される場合、および図３（ａ）のようにディッシング３２が形成される場合には、適切なセンサ（図示しない）を設置してもよい。このような場合にはディッシング３１、３２が所望の深さになったときにセンサが適切な信号を発信できる。これにより所望の深さのディッシング３１またはディッシング３２を備えた基板２０を形成することができる。
【００３３】
当然のことながら、柱状部材の端面を越えて研削するようにした基板加工方法および基板加工装置は本発明の範囲に含まれる。さらに、基板の両面にディッシングを形成するようにした基板加工方法および基板加工装置も本発明の範囲に含まれる。
【００３４】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、作業効率を低下させることなしに、マイクロメートルオーダの精度でもって一方の面と他方の面との間で基板の面内において均等に導通可能な薄膜基板を形成することができるという共通の効果を奏しうる。
【００３５】
さらに、請求項２および６に記載の発明によれば、基板をさらに高精度で加工することができるという効果を奏しうる。
さらに、請求項３および７に記載の発明によれば、柱状部材の端面が突出する場合にはこのような基板を積層する際にこれら基板間での導通を最短距離で確保することができると共に、基板の他面が突出する場合には予めボールグリッドアレイが形成された別の基板を本基板加工方法により加工される基板の前記他面上に位置決めするのを容易にできて、ボールグリッドアレイのバンプ（ボール）を柱状部材の端面に接触させることにより本基板と別の基板との間の導通を最短距離で確保できるという効果を奏しうる。
さらに、請求項４および８に記載の発明によれば、検出手段、例えばセンサにより基板の突出部分を所望の寸法に形成することができるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明に基づく機械加工方法を示すための工程図である。
（ｂ）本発明に基づく機械加工方法を示すための工程図である。
（ｃ）本発明に基づく機械加工方法を示すための工程図である。
（ｄ）本発明に基づく機械加工方法を示すための工程図である。
【図２】（ａ）本発明に基づく基板加工方法により加工した基板の拡大図である。
（ｂ）図２（ａ）に示される基板の適用例である。
【図３】（ａ）本発明に基づく基板加工方法により加工した他の基板の拡大図である。
（ｂ）図３（ａ）に示される基板の適用例である。
【図４】（ａ）従来技術における薄膜化のために基板を加工する基板加工方法を示す工程図である。
（ｂ）従来技術における薄膜化のために基板を加工する基板加工方法を示す工程図である。
（ｃ）従来技術における薄膜化のために基板を加工する基板加工方法を示す工程図である。
（ｄ）従来技術における薄膜化のために基板を加工する基板加工方法を示す工程図である。
（ｅ）従来技術における薄膜化のために基板を加工する基板加工方法を示す工程図である。
【符号の説明】
２０…基板
２１…表面
２２…裏面
２３…孔
２４…酸化被膜
２６…柱状部材
２７…端面
２９…バンプウェハ
３１…ディッシング
３２…ディッシング
３３…ボールグリッドアレイ
３５…バンプ端子
４１…吸着部
６２…研削部
６３…研磨部
【図１】
2004014706.tif 000003
【図２】
2004014706.tif 000004
【図３】
2004014706.tif 000005
【図４】
2004014706.tif 000006