(57)【要約】【課題】  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電極が形成されているウエーハに、電極を破損することなく基板の裏面から電極に達する細孔を効率よく穿設することができるウエーハの穿孔方法を提供する。【解決手段】  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電極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電極に達する細孔を穿設するウエーハの穿孔方法であって、基板を形成する材料と電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長はパルスレーザー光線の波長に対する吸収率に基づいて選択され、基板の吸収率より電極の吸収率が低いパルスレーザー光線の波長となるように基板を形成する材料と電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長が設定されている。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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電極が形成されているウエーハに、該基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射し該電極に達する細孔を穿設するウエーハの穿孔方法であって、
該基板を形成する材料と該電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長はパルスレーザー光線の波長に対する吸収率に基づいて選択され、該基板の吸収率より該電極の吸収率が低いパルスレーザー光線の波長となるように該基板を形成する材料と該電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長が設定されている、
ことを特徴とするウエーハの穿孔方法。
【請求項２】
該基板はシリコンによって形成され、該電極はアルミニウムによって形成されており、パルスレーザー光線の波長は３５５nmに設定されている、請求項1記載のウエーハの穿孔方法。
【請求項３】
パルスレーザー光線の照射時に該電極が融点に達しないようにウエーハを冷却する、請求項１又は２記載のウエーハの穿孔方法。
【請求項４】
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電極が形成されているウエーハに、該基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射し該電極に達する細孔を穿設するウエーハの穿孔方法であって、
該基板を形成する材料と該電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長は該基板および該電極を形成する材料の融点とパルスレーザー光線の波長に対する吸収率とに基づいて選択され、該基板は融点に達するが該電極は融点に達しないように該基板を形成する材料と該電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長が設定されている、
ことを特徴とするウエーハの穿孔方法。
【請求項５】
該基板はシリコンによって形成され、該電極は金、チタン、タンタレート、タングステンのいずれかによって形成されており、該パルスレーザー光線の波長は５３２nmに設定されている、請求項４記載のウエーハの穿孔方法。
【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電極が形成されているウエーハに、基板の裏面から電極に達する細孔を穿設するウエーハの穿孔方法に関する。
【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電極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、半導体ウエーハの表面には電極が形成されており、この電極が形成された箇所にウエーハの裏面側から電極に達する細孔（ビアホール）を穿設し、この細孔（ビアホール）に電極と接続するアルミニウム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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した半導体ウエーハに設けられる細孔（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細孔（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、上記電極の厚さは１〜５μ程度であり、電極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細孔（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】
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、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電極が形成されているウエーハに、電極を破損することなく基板の裏面から電極に達する細孔を効率よく穿設することができるウエーハの穿孔方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、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電極が形成されているウエーハに、該基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射し該電極に達する細孔を穿設するウエーハの穿孔方法であって、
該基板を形成する材料と該電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長はパルスレーザー光線の波長に対する吸収率に基づいて選択され、該基板の吸収率より該電極の吸収率が低いパルスレーザー光線の波長となるように該基板を形成する材料と該電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長が設定されている、
ことを特徴とするウエーハの穿孔方法が提供される。
【０００７】
上記基板はシリコンによって形成され、上記電極はアルミニウムによって形成されており、上記パルスレーザー光線の波長は３５５nmに設定されている。また、上記パルスレーザー光線の照射時に上記電極が融点に達しないようにウエーハを冷却することが望ましい。
【０００８】
また、本発明によれば、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電極が形成されているウエーハに、該基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射し該電極に達する細孔を穿設するウエーハの穿孔方法であって、
該基板を形成する材料と該電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長は該基板および該電極を形成する材料の融点とパルスレーザー光線の波長に対する吸収率とに基づいて選択され、該基板は融点に達するが該電極は融点に達しないように該基板を形成する材料と該電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長が設定されている、
ことを特徴とするウエーハの穿孔方法が提供される。
【０００９】
上記基板はシリコンによって形成され、上記電極は金、チタン、タンタレート、タングステンのいずれかによって形成されており、上記パルスレーザー光線の波長は５３２nmに設定されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板を形成する材料と電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長はパルスレーザー光線の波長に対する吸収率に基づいて選択され、基板の吸収率より電極の吸収率が小さいパルスレーザー光線の波長となるように基板を形成する材料と電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長が設定されているので、電極を溶解することなく基板の裏面から電極に達する細孔を効率よく穿設することができる。
また、本発明によれば、基板を形成する材料と電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長は基板および電極を形成する材料の融点とパルスレーザー光線の波長に対する吸収率とに基づいて選択され、基板は融点に達するが電極は融点に達しないように基板を形成する材料と電極を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長が設定されているので、電極を溶解することなく基板の裏面から電極に達する細孔を効率よく穿設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明によるウエーハの穿孔方法について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１２】
図１には本発明によるウエーハの穿孔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電極２４が形成されている。この電極２４は、アルミニウム、金、チタン、タンタレート、タングステン等の金属材からなっており、厚さが１〜５μmに形成されている。
【００１３】
上記半導体ウエーハ２には、基板２１の裏面２１b側からパルスレーザー光線を照射し電極２４に達する細孔が穿設される。この半導体ウエーハ２の基板２１に細孔を穿設するには、図２に示すレーザー加工装置３を用いて実施する。図２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の先端に装着された集光器３２２からパルスレーザー光線を照射する。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後述する制御手段に送る。また、図示のレーザー加工装置３は、上記集光器３２２から照射されるパルスレーザー光線の照射領域にヘリウムガス、テトラルオロエタン等の冷却気体を噴出する冷却気体噴出ノズル３４を備えている。この冷却気体噴出ノズル３４は、図示しない冷却気体供給手段に接続されている。
【００１５】
上述したレーザー加工装置３を用いて実施するウエーハの穿孔方法について説明する。
先ず図２に示すレーザー加工装置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を吸着保持する。従って、半導体ウエーハ２は、裏面２bを上側にして保持される。
【００１６】
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。
【００１７】
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の基板２１の表面２aに形成されたデバイス２３に形成されている複数の電極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。
【００１８】
上述したアライメント作業を実施したならば、図３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３において最左端のデバイス２３を集光器３２２の直下に位置付ける。そして、図３において最左端のデバイス２３に形成された複数の電極２４における最左端の電極２４を集光器３２２の直下に位置付ける。
【００１９】
次に、レーザー光線照射手段３２を作動し集光器３２２からパルスレーザー光線を照射し半導体ウエーハ２の基板２１の裏面２bから電極２４に達する細孔を穿設するレーザー光線照射工程を実施する。
先ず、レーザー光線照射工程の第１の実施形態について説明する。
第１の実施形態は、基板２１を形成する材料と電極２４を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長がパルスレーザー光線の波長に対する吸収率に基づいて選択され、基板２１の吸収率より電極２４の吸収率が低いパルスレーザー光線の波長となるように基板２１を形成する材料と電極２４を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長が設定されている。更に具体的に説明すると、この実施形態においては半導体ウエーハ２の基板２１がシリコンによって形成され、電極２４がアルミニウムによって形成されており、集光器から照射されるパルスレーザー光線の波長が３５５nmに設定されている。
【００２０】
即ち、図３において最左端のデバイス２３に形成された複数の電極２４における最左端の電極２４を集光器３２２の直下に位置付けたならば、レーザー光線照射手段３２を作動し集光器３２２から波長が３５５nmのパルスレーザー光線を照射する。このときパルスレーザー光線の集光スポットPを半導体ウエーハ２の基板２１の裏面２b付近に合わせる。なお、このレーザー光線照射工程においては、冷却気体噴出ノズル３４からパルスレーザー光線の照射領域にヘリウムガス、テトラルオロエタン等の冷却気体が噴射される。
このレーザー光線照射工程における第１の実施形態の加工条件は、次のとおり設定されている。
レーザー光線の光源  ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長                ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数      ：２ｋＨｚ
パルスエネルギー    ：０．１mj
集光スポット径      ：φ１０μｍ
【００２１】
上記加工条件においては、半導体ウエーハ２の基板２１がシリコンによって形成されている場合は、パルスレーザー光線１パルスによって５μmの孔を形成することができる。従って、シリコンからなる基板２１の厚さが１００μmの場合には、パルスレーザー光線を２０パルス照射することにより、図４に示すように基板２１には裏面２bから表面即ち電極２５に達する細孔２５を形成することができる。
【００２２】
ここで、シリコンおよび金属物質のパルスレーザー光線の波長に対する吸収率と融点について、図５を参照して説明する。図５には、波長が３５５nmのパルスレーザー光線が照射されたシリコンおよび各金属物質における吸収率と、シリコンおよび各金属物質の融点が示されている。
図５に示すように、半導体ウエーハ２の基板２１を形成するシリコン(Si)の吸収率は、４２．５％である。一方、金属物質はアルミニウム(Al)の吸収率７．６％を除いて、他の金属物質の吸収率はシリコン(Si)の吸収率より高いことが判る。シリコン(Si)の吸収率より高い吸収率の金属例えば銅(Cu)によって電極２４を形成すると、波長が３５５nmのパルスレーザー光線をシリコン(Si)からなる基板２１の裏面２b側から照射して細孔２５を穿設し、この細孔２５が電極２５に達すると、電極２４はパルスレーザー光線を吸収して融点に達し溶解してしまう。従って、半導体ウエーハ２の基板２１をシリコンに設定し、パルスレーザー光線の波長を３５５nmに設定した場合には、電極２４の材料としてはシリコン(Si)の吸収率４２．５％より低い吸収率のアルミニウム(Al)を用いることが望ましい。
【００２３】
なお、図５に示すようにアルミニウム(Al)の融点（６６０℃）はシリコン(Si)の融点（１４１０℃）より低いため、シリコン(Si)からなる基板２１にパルスレーザー光線を照射して細孔２５を穿設している際に蓄熱される熱によってアルミニウム(Al)によって形成される電極２４が溶解する虞がある。しかるに、第１の実施形態においては、冷却気体噴出ノズル３４からヘリウムガス、テトラルオロエタン等の冷却気体を噴射し、半導体ウエーハ２におけるパルスレーザー光線照射領域を冷却しているので、電極２４がアルミニウム(Al)によって形成されていても溶解することはない。なお、図示の実施形態においては、冷却気体をパルスレーザー光線照射領域に噴射する例を示したが、チャックテーブル３１を冷却して電極２４が形成されている基板２１の表面２１a側を冷却してもよい。
【００２４】
上述したレーザー光線照射工程を図３において最左端のデバイス２３に形成された複数の電極２４における最左端の電極２４と対応する個所に実施したならば、チャックテーブル３１を図２において矢印Xで示す加工送り方向に電極２４の間隔だけ移動し、隣接して形成された電極２４を集光器３２２の直下に位置付ける。そして、上述したレーザー光線照射工程を実施する。このようにして、所定方向に形成されたデバイス２３に形成されている全ての電極と対応する個所に上述したレーザー光線照射工程を実施したならば、チャックテーブル３１を９０度回動し、所定方向と直交する方向に形成されたデバイス２３に形成されている全ての電極２４と対応する個所に上述したレーザー光線照射工程を実施する。この結果、半導体ウエーハ２に形成されている全てのデバイス２３に形成されている全ての電極２４と対応する個所に基板２１の裏面２１bから電極２４に達する細孔２５が形成される。このように細孔２５が形成された半導体ウエーハ２は次工程に搬送され、細孔２５にアルミニウム等の導電性材料が埋め込まれる。
【００２５】
次に、レーザー光線照射工程の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、基板２１を形成する材料と電極２４を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長が基板２１および電極２４を形成する材料の融点とパルスレーザー光線の波長に対する吸収率とに基づいて選択され、基板２１は融点に達するが電極２４は融点に達しないように基板２１を形成する材料と電極２４を形成する材料およびパルスレーザー光線の波長が設定されている。更に具体的に説明すると、この実施形態においては半導体ウエーハ２の基板２１がシリコンによって形成され、電極２４が金(Au)、チタン(Ti)、タンタレート(Ta)、タングステン(W)のいずれかによって形成されており、集光器から照射されるパルスレーザー光線の波長が５３２nmに設定されている。
【００２６】
図６には、波長が５３２nmのパルスレーザー光線が照射されたシリコンおよび各金属物質における吸収率と、シリコンおよび各金属物質の融点が示されている。
図６に示すように、半導体ウエーハ２の基板２１を形成するシリコン(Si)は、融点が１４１０℃で、波長が５３２nmのパルスレーザー光線に対する吸収率は６．１％である。このようにシリコン(Si)は、波長が５３２nmのパルスレーザー光線に対する吸収率は低いが蓄熱効果により１５００℃程度まで上昇せしめられる。従って、シリコン(Si)からなる基板２１に波長が５３２nmのパルスレーザー光線を照射することにより、穿孔することができる。一方、金(Au)、チタン(Ti)、タンタレート(Ta)、タングステン(W)は、融点が１６００℃以上で、シリコン(Si)の蓄熱効果による温度（１５００℃）より高いため、融点には達せず溶解されることはない。従って、半導体ウエーハ２の基板２１をシリコンによって形成し、電極２４を金(Au)、チタン(Ti)、タンタレート(Ta)、タングステン(W)のいずれかによって形成し、集光器から照射されるパルスレーザー光線の波長を５３２nmに設定することにより、電極２４を溶解することなく半導体ウエーハ２の基板２１に裏面２１bから電極２４に達する細孔２５を形成することができる。
なお、コバルト(Co)およびニッケル(Ni)は、シリコン(Si)より融点は高いが、パルスレーザー光線照射時におけるシリコン(Si)の蓄熱効果による温度（１５００℃）より低いとともに、吸収率がシリコン(Si)より高いので、電極として用いるとパルスレーザー光線による基板２１の穿孔時に溶解してしまう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるウエーハの穿孔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穿孔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】本発明によるウエーハの穿孔方法におけるレーザー光線照射工程の説明図。
【図４】本発明によるウエーハの穿孔方法によって細孔が形成された半導体ウエーハの一部拡大断面図。
【図５】波長が３５５nmのパルスレーザー光線が照射されたシリコンおよび各金属物質における吸収率と、シリコンおよび各金属物質の融点
【図６】波長が５３２nmのパルスレーザー光線が照射されたシリコンおよび各金属物質における吸収率と、シリコンおよび各金属物質の融点
【符号の説明】
【００２８】
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：電極
２５：細孔
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
３２２：集光器
３３：撮像手段
３４：冷却気体噴出ノズル
【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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【図６】
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