(57)【要約】【課題】シリコンウエハに貫通孔を形成することが不可欠なチップサイズパッケージや３次元積層型のパッケージについて、シリコンウエハに直接識別記号を形成する技術を提供することを目的とした【解決手段】少なくとも、シリコンウエハ上に感光性レジストを塗布する塗布工程、感光性レジストを所定のパターンを有する濃度分布マスクを介して露光する露光工程、感光性レジストにシリコンウエハが露出する開口部と露出しない開口部とを形成する現像工程、ドライエッチングにより感光性レジスト開口部に対応する部位のシリコンウエハを除去してシリコンウエハに導通用の貫通孔と非貫通孔から構成される識別記号とを同時に形成する工程、残余の感光性レジストを除去する工程、とを有することを特徴とするシリコンウエハの加工方法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、シリコンウエハ上に感光性レジストを塗布する塗布工程、感光性レジストを所定のパターンを有する濃度分布マスクを介して露光する露光工程、感光性レジストにシリコンウエハが露出する開口部と露出しない開口部とを形成する現像工程、ドライエッチングにより感光性レジスト開口部に対応する部位のシリコンウエハを除去してシリコンウエハに導通用の貫通孔と非貫通孔から構成される識別記号とを同時に形成するエッチング工程、残余の感光性レジストを除去する工程、とを有することを特徴とするシリコンウエハの加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の加工方法で加工された部位を有するシリコンウエハを用いて製造されたことを特徴とする貫通電極付３次元シリコンインターポーザ。
【請求項３】
請求項１に記載の加工方法で加工された部位を有するシリコンウエハを用いて製造されたことを特徴とするチップサイズパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通電極もしくはビアホールを有する３次元実装パッケージやチップサイズパッケージを製造する上で必要な技術であって、当該パッケージを構成する個片化されたシリコンチップが原シリコンウエハのどこに位置していたかを知るための識別記号をシリチップに刻印する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ)やＭＣＭ（Ｍｕｌｔ  Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ)、ＭＣＰ（Ｍｕｌｔ  Ｃｈｉｐ  Ｐａｃｋａｇｅ)などパッケージ類では、複数のＩＣチップを平面的ならべるか、あるいはそれらを垂直に積み重ねて１つのパッケージに収容することで電子基板上の占有面積を小さくしている。配線基板もしくはＩＣチップを搭載した基板を３次元的に積層する場合、積み重ねた基板の周辺に沿ってワイヤーボンディングにより互いを接続するか、基板等を垂直に貫く貫通電極を介して垂直方向の接続が行われている。
【０００３】
貫通電極方式では、最上層に搭載するＩＣチップの大きさにも関係するが、概ね数μｍ〜２００μｍ程度の間隔で貫通孔を単位基板内に配列できるので数千本単位で接続が可能となっている。また、接続距離が短くなりノイズを受けにくく、寄生容量も抵抗も小さくて済むので信号の遅延や減衰、波形の劣化が少なく、回路の高速動作と低消費電力化が可能である。
【０００４】
シリコンウエハを用いるパッケージ形態の一つにウエハプロセスをそのまま使用してパッケージングまで行うウエハレベルチップサイズパッケージ（ＷＬ−ＣＳＰ）がある。ＷＬ−ＣＳＰは、半導体加工を行った後、そのウエハプロセスで最配線、電極形成、樹脂封止、ダイシングまで全て行い、最終的にウエハに割り当てられた半導体素子部の大きさがほぼパッケージの大きさとなるので小型軽量化の点から携帯電話等に盛んに使用されている。
【０００５】
いずれにしても、貫通電極方式の３次元実装パッケージやチップサイズパッケージ（ＣＳＰ)は、１枚のウエハ上で半導体素子や配線層を多面付けにて加工を行い、最終的に個片化するものである。その後、個片化したものが機能しているかどうかの検査を行う。欠陥や不良品が見つかった場合、原ウエハのどの辺りに不良の配線層や半導体素子があったのかを知ることは欠陥の原因を究明し収率をアップするためには不可欠である。そのためには、ウエハ上での位置情報を識別記号として単位の個片毎に記録しておければ都合がよい。
【０００６】
シリコンウエハ上に面付けされた各々の部分に識別情報を形成するための技術として、ＣＳＰについては半導体素子を保護する絶縁樹脂層の上に接続用配線をフォトリソ法を用いて形成するのと同時に個片に割り当てられた区画の隅に２進数からなる識別記号を同じ配線層材料で形成している（特許文献１参照）。シリコンウエハの表裏の最上層に識別記号を形成することについては特許文献２に開示されている。特許文献３には2次元バーコードパターンを情報記録に使用することの記載がある。いずれも配線層材料をパターニングすることで識別記号化している。
【０００７】
別の方法としては、レーザーマーカーやインクジェット法で識別記号を形成する技術が知られているが、これらは主として半導体パッケージの物流管理に使用される場合が多く
外装パッケージのケース表面に形成されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１０００５８１号公報
【特許文献２】特開２００６−３５１７７２号公報
【特許文献３】特開平１１−２６３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
識別記号をインキジェット印字機やレーザー照射で形成する方法は、識別記号の描画のためだけの専用装置と専用工程が必要で工程数が増えるという難点がある。
また、インキジェット方式では識別記号が下地基板から凸状に盛り上がるので、凸部を構成する付加材料が洗浄等により剥がれたり、溶解してしまうという問題がある。また、同一材料で凸部を形成したとしても、表面研磨や後加工中に記録情報が消失してしまうことがある。
【００１０】
識別記号をエッチングなどで配線材料を凹状あるいは凸状に形成したパターンとすれば、付着したものに比べれば、表面研磨や洗浄に対して耐久性を有するが所詮シリコンウエハ上に成膜したに過ぎず脱落したり剥がれる危険性は無視できない。
そこでシリコンウエハ自体に直接識別記号を刻印形成できれば、剥がれ落ちたりする心配がないが、平面上に配線層を形成するだけの加工しか必要ないものにわざわざ刻印するまでのことは無い。
【００１１】
そこで本発明は、シリコンウエハに貫通孔や貫通電極を形成することが予定されているチップサイズパッケージ(ＣＳＰ）や貫通電極方式の３次元積層型のパッケージについて、シリコンウエハに直接識別記号を形成する技術を提供することを目的とした。識別記号は、目視や撮像装置で認識されればよく、深さが貫通電極並みに深いと本来の回路とは関係のないところに導通構造ができ、そこが原因となる不良が発生する恐れがあるため、貫通することなく表面からある程度の深さを有する凹部であればよい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を達成するための請求項１に記載の発明は、少なくとも、シリコンウエハ上に感光性レジストを塗布する塗布工程、感光性レジストを所定のパターンを有する濃度分布マスクを介して露光する露光工程、感光性レジストにシリコンウエハが露出する開口部と露出しない開口部とを形成する現像工程、ドライエッチングにより感光性レジスト開口部に対応する部位のシリコンを除去してシリコンウエハに深さの異なる貫通電極用の孔と識別記号用の孔とを同時に形成するエッチング工程、残余の感光性レジストを除去する工程、とを有することを特徴とするシリコンウエハの加工方法としたものである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加工方法で加工された部位を有するシリコンウエハを用いて製造されたことを特徴とする貫通電極付３次元シリコンインターポーザとしたものである。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の加工方法で加工された部位を有するシリコンウエハを用いて製造されたことを特徴とするチップサイズパッケージとしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明は、感光性レジストの膜厚に差をつけシリコンウエハのドライエッチン
グに入るタイミングに差をつけるようにして、貫通電極用の孔と識別記号となる貫通電極用孔より浅い非貫通孔を同時に形成するものである。複数の非貫通孔を組み合わせて構成される識別記号は、加工済みのシリコンウエハが断裁されて個片のシリコンチップとなった際、もし当該シリコンチップに欠陥や不良が検知された場合には、このシリコンチップが断裁前のシリコンウエハ上のどこにあったかを示す情報として使用できる。その位置がわかる情報等をコード化して識別記号としたものである。
本発明によれば、シコンウエハ表面に彫刻された構造的に安定で耐久性のある識別記号を特別なレーザーやインクジェット印刷装置を使用することなしに、ウエハプロセスをそっくりそのまま使用して余分な費用と時間を費やすことなしに形成することができる。
【００１６】
請求項２及び請求項３の発明は、少なくとも請求項１に記載の加工が施されたされた貫通孔及び識別記号を備えるシリコンウエハの用途として、チップサイズパッケージとＩＣチップを多数積層して形成する３次元実装パッケージとを特定したものである。これらのパッケージは、シリコンウエハを貫く貫通孔もしくは深さの深いビアホールを必須の要素とし、さらにパッケージ化された後に種々の電気的検査が行われるのを常とするからである。したがって、識別記号を貫通孔やビアホールと同時形成しておくと、検査時に異常が検知された当該パッケージを構成するシリコンチップのウエハ上での位置の特定が容易になるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）単位のシリコンチップ（一区画）に対して、貫通電極用の孔と識別記号用非貫通孔の設計の一例を示した平面図である。（ｂ）円形の非貫通孔を複数個組み合わせて数字として見えるように配置した識別記号の一例を示す図である。
【図２】ウエハを区画するレイアウトの一例の正面図である。
【図３】貫通電極用の孔と識別記号用非貫通孔を形成するフォトリソグラフィ工程の流れを説明する断面視の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を説明する。
シリコンウエハに微細でアスペクト比の高い孔を形成する技術の一つにドライエッチング方式がある。ドライエッチングは貫通電極となる貫通孔あるいは非貫通孔を形成するための工程で使われているが、通常は半導体素子が多面付けされるウエハ全面に適用される加工工程なので、パターンのサイズが同じであれば、同じ深さとなるように加工されるものである。
【００１９】
尚、本発明は、貫通孔を備えるべきシリコンチップに限定されるものではなく、最初に非貫通孔をあけた後、シリコンを薄板化して貫通電極化するシリコンチップにも適用されるので、以下の記載では、貫通電極用の孔として説明してある。
【００２０】
ところで、シリコンウエハには多数の同じ配線パターンや半導体素子が多面付けで形成されるので、シリコンウエハ５は、図２に示すように多面付けの数だけ区画されることになる。したがって、区画された全ての区画６あるいは適切に選択された区画内に、図１で示すような当該区画１がシリコンウエハ５のどこを占めていたかが紐付けできるような識別記号３を刻印する必要があるが、この識別記号３は目視や撮像装置で認識できればよく、凹部が深くなり導通構造となってしまうことを避けるため、この識別記号部分の凹部は浅くエッチングする必要がある。
【００２１】
ドライエッチングで孔の深度の違うものを作る方法としては、ドライエッチング工程の途中でエッチングを止めて、被加工物を取り出して他の材料でエッチングが不要な部位を
再被覆してから再度エッチングを続ける方法や、エッチング途中で取り出して最初にレジストで被覆しておいた部位のレジストを取りのぞいてからエッチングを再開するなど、部分的にシリコンのエッチング時間を調整することで、深度の異なる孔を形成する方法がある。
【００２２】
しかし、例えば直径８インチのシリコンウエハ５への加工では１０００個を越える区画６が配置されている場合が多く、被覆用マスクの取付、取り外しの作業は非常に煩雑なものになる。本発明は、貫通孔２と識別記号用の非貫通孔４について、前者については感光性レジストにシリコンウエハ５が露出する完全な開口部を対応させ、後者についてはシリコンウエハ５が露出しないようレジストが底部に少し残る不完全な開口部を対応させるように感光性レジストを露光・現像処理したものである。
【００２３】
このようにするとレジストが残存して被覆されている開口部１５と完全な開口部１４ではドライエッチングが開始されるタイミングが違ってくる結果、ウエハ自体がエッチングがされるエッチング時間に差が生じるからである（図３を参照）。識別記号用の非貫通孔は最初は孔内の底部に残ったレジストがエッチング除去されるまでの間はその下のシリコンが加工されず、レジストが完全に除去されてからシリコンの加工が始まることになる。残存させる膜厚を調整して深さの調整もできる。
【００２４】
本発明では、こうしたエッチングを進めたくない部分に対して特別な操作を行うことなく、さらには貫通孔２を形成する条件にて加工を行うことで、貫通孔２の形成と、個片位置を特定するための識別記号３を同時に作成することを可能としたことが本発明の特徴である。情報伝達用の識別記号３は、非貫通孔４を複数個組み合わせて所望する形状に構成される。
【００２５】
そのために、レジストに完全な開口部１４と不完全な開口部１５を形成する必要があるが、本発明では濃度分布マスク１２を介して感光性レジスト１１を露光し、現像するというフォトリソ工法を採用する。濃度分布マスク１２とは、露光光の透過量をマスク基板上に設ける遮光パターンの量で調整するか、あるいは遮光度の異なる層を配置したものである。マスクの透過光量が部分的に変わると露光時に感光性レジストの溶解性（ポジ型レジスト）あるいは硬化度（ネガ型レジスト）が部分的に変化することで現像液に対する溶解性が部分的に変化するからである。
【００２６】
以下、本発明になるシリコンウエハの加工方法の概要を図３を用いて説明する。
【実施例】
【００２７】
使用したシリコンウエハのサイズは、８インチ径で厚みが０．７２５mmである。
図１（ａ）はシリコンインターポーザ１個を構成する単位のシリコンチップ１（一区画）に対して、貫通電極用の貫通孔２と識別記号３の配置設計の一例を示したものである。
【００２８】
インターポーザの個片サイズ：  ３mm x４mm 
貫通孔の直径              ：  ５０μmの円形
貫通孔数は４８個          ：  孔ピッチ２５０μm
図１（ｂ）は、シリコンチップ１の隅に円形の非貫通孔４を複数個組み合わせて数字として見えるように配置した識別記号３の一例を示すものである。識別記号用の孔は直径１５μｍの円形とした。識別記号３は、例えば４桁の数字で構成されるが、数字は、図２に示すように、左から２桁は、当該チップ個片のウエハにおける左側から数えた行数、後ろ２桁は下から数えた列数を示すようなものとすることができるが、これに限定されるものではない。
【００２９】
図２は、図１（ａ）のシリコンチップ区画６を直径８インチのウエハ５にレイアウトした一例である。
【００３０】
露光に使用するフォトマスクのパターンは、詳細は省略するが、図１及び図２に対応する実際に投影するものと等倍のサイズで形成した。
【００３１】
図３（ａ）〜（ｅ）は、貫通電極用の孔と識別記号用の浅い非貫通孔を形成するフォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程の流れを説明する断面視の工程図である。貫通電極用の孔は先述したように非貫通孔であっても構わない。
【００３２】
先ず、シリコンウエハ１０の表面に粘度３０００ｃｐのノボラック系のポジ型の感光性レジスト１１をスピンコーターにて最終的に２０μｍ厚となる厚みに塗布し、オーブンにて加熱（１３０℃）乾燥した（図３（ａ））。
【００３３】
次に、感光性レジスト１１を濃度分布フォトマスク１２を介して、一括アライナ露光装置にて露光した。すなわち貫通孔用として完全な遮光部１３、非貫通孔用として低透過率の遮光膜１４が形成されている濃度分布マスク１２を使用した（図３（ｂ）の上側の図）。
【００３４】
次に、ＴＭＡＨ系現像液に予め条件出ししてあった所定の時間浸漬した後、水洗し貫通孔部分と識別記号パターン部の非感光部レジストを除去した。現像された孔内のレジストの残存状況を確認したところ、貫通孔１８に対応する部位１４の底部ではレジストが抜けてシリコンが露出し、識別記号用の非貫通孔１９に対応する部位１５の底部にはレジスト残りがあることを確認した（図３（ｃ））。
【００３５】
シリコンウエハ１０のエッチング加工はＩＣＰ方式の装置にてＳＦ６(６フッ化硫黄)によるエッチングとＣ４Ｆ８(パーフルオロシクロブタン)による側壁の保護膜形成を交互に行うボッシュ方式のドライエッチングにより行った。ドライエッチングは、コイル電圧２５００Ｗにて、エッチングステップ６秒、保護膜形成であるパッシベーションステップ２秒を交互に繰り返し、その繰り返しサイクル数４００回で行うと、図３（ｄ）に模式的に示すよう貫通孔と浅い非貫通孔が形成された。
【００３６】
このあと、アッシング装置にてシリコンウエハ１０表面に残ったレジスト１７を除去し、貫通孔１８と識別用記号用の浅い非貫通孔１９が形成されていることを確認した（図３（ｅ））。識別記号用の非貫通孔１９の深さは、約３０μmであった。
【００３７】
孔あけしたシリコンウエハは、熱酸化にて絶縁層形成、バリア層形成、シード層形成、銅めっき、シリコン薄板化、配線形成することでチップサイズパッケージとした（図示せず）。
【００３８】
その後は、ダイシングソーにて個片に切り出し、個片毎に取り出して導通検査など所定の検査を行い、出荷規格範囲内の性能のものを出荷した。規格から外れた個片に関しては上面隅の識別記号にて集計し、工程内での不良発生原因を調べるための試料とした。
【００３９】
３次元シリコンインターポーザは、上記の工程で製造したシリコンウエハの貫通孔を導電性材料で埋設してから複数位置合わせをした上で積層し、所定の工程を経た後ダイシングソーにて個片に切り出して製造できる。
【符号の説明】
【００４０】
１、シリコンウエハ上の1区画相当
２，貫通電極用の孔
３，識別記号
４、識別記号を構成する非貫通孔
５、シリコンウエハ
６、1区画
１０、シリコンウエハ
１１、感光性レジスト
１２、濃度分布フォトマスク
１３、完全遮光部
１３’、低透過率遮光部
１４、開口部（レジストの）
１５、浅い開口部（同上）
１７、残余の感光性レジスト
１８、貫通孔
１９、識別記号を構成する非貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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