專利名稱：半導(dǎo)體裝置、布線襯底的形成方法和襯底處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及襯底、特別是把LSI等電子器件與多層布線一起形成在半導(dǎo)體襯底上的方法、在由金屬材料或絕緣材料構(gòu)成的支承基體上形成多層布線層后，再除去支承基體來形成多層布線膜的方法、具有多層布線的半導(dǎo)體裝置以及襯底處理裝置。
背景技術(shù)：
近來，半導(dǎo)體裝置的進(jìn)一步小型化、高集成化的需求漸高，隨之就必須使布線多層化，因此，需要高度平坦化技術(shù)。主要是以硅晶片為代表的半導(dǎo)體襯底適用該平坦化技術(shù)，另外，還有最近倍受關(guān)注的例如有適用于SiP(Siliconin Package封裝硅)的膜狀多層布線薄膜。
以往，作為使形成在硅半導(dǎo)體襯底上的絕緣層或布線層平坦化的方法，主要采用化學(xué)—機(jī)械研磨(Chemical Mechanical PolishingCMP)法。這種方法是預(yù)先形成比較平坦的成為被加工面的絕緣層或布線層，再押上平坦的研磨片，用研磨料漿(化學(xué)研磨材料)對表面進(jìn)行化學(xué)—機(jī)械精細(xì)平坦加工。預(yù)先設(shè)置的硬的絕緣材料面或金屬材料面構(gòu)成為終止層，結(jié)束CMP。CMP是不取決于由半導(dǎo)體襯底的厚度的離散或半導(dǎo)體襯底的最大厚度與最小厚度之差定義的TTV(Total Thickness Variation總厚度變化)的一種方法。
除CMP方法之外，還提出有幾種例如使用切削工具進(jìn)行平坦化的方法(例如參照專利文獻(xiàn)1、2、3、4)。但是，這些方法都是針對LSI上的局部區(qū)域的SOG膜的平坦化的方法，與CMP一樣，都是以被切削面為基準(zhǔn)切削方法，不取決于半導(dǎo)體襯底的TTV。
另一方面，為了形成得廉價且簡便，考慮在實(shí)現(xiàn)SiP所要求的安裝襯底上僅使用薄膜布線層作為轉(zhuǎn)接層。以往，作為無通孔的薄膜多層布線襯底，開發(fā)出一種準(zhǔn)備在一張樹脂膜上形成了填充有導(dǎo)電焊劑的支承孔和布線的多片布線襯底，在最后的工序中，把它們層疊在一起的襯底。雖然這種布線襯底成本很低，但是支承孔直徑約為120μm～200μm，L/S(線寬/間隔)約為100μm/100μm左右～200μm/200μm左右，很難作得微細(xì)。因此，為了同時實(shí)現(xiàn)微細(xì)化和低成本，有效的方法是把形成在襯底上的多層布線薄膜分離下來而作為襯底。
如果采用CMP法，雖然可以實(shí)現(xiàn)精致的平坦化，但是加工裝置昂貴，生產(chǎn)率也低，為制造成本高的工藝。在同時對銅之類的金屬和絕緣物進(jìn)行平坦化的情況下，在圖形稀疏的部分有可能出現(xiàn)被稱之為“凹狀扭曲”的坑洼。從避免這種凹狀扭曲的發(fā)生必要性的角度來看，由于LSI等內(nèi)的布線圖形的尺寸被限定，所以要將其配置得不要形成圖形的空白部分。
另一方面，在形成上述多層布線薄膜時，必須首先在支承基體上形成多層布線薄膜，再把支撐基體剝離或除掉。一種剝離的方法是利用多層布線薄膜的絕緣樹脂與支承基體之間的附著性低的特性，僅在襯底的外周部涂敷附著性好的材料，在布線層形成結(jié)束之后，將涂敷附著性好的材料的部分與未涂敷的部分切分開，然后再將多層布線薄膜從支承基體上分離下來。可以說這種剝離的方法是對薄膜的拉離損傷，恐怕對電路會有傷害。另外，去除支承基體的方法是，例如在把支承基體作為半導(dǎo)體襯底的情況下，通過研磨和腐蝕將其除掉的方法。在以鋁或銅之類的金屬為支承基體的情況下，將其腐蝕掉。
不管采用哪種方法，支承基體本身都要計入成本，此外，用后者的方法將支承基體作為半導(dǎo)體襯底的情況下，由于研磨出來的殘渣原樣成為垃圾，所以處理中產(chǎn)生的垃圾很多，對環(huán)境的惡劣影響不容忽視。
專利文獻(xiàn)1 特開平7-1326614號公報專利文獻(xiàn)2 特開平8-11049號公報專利文獻(xiàn)3 特開平9-82616號公報專利文獻(xiàn)4 特開2000-173954號公報發(fā)明內(nèi)容鑒于上述的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種布線襯底的形成方法、半導(dǎo)體裝置以及襯底處理裝置。該布線襯底的形成方法考慮把作為平坦化方法的代表性的CMP以外的機(jī)械加工方法作為主要對象，使襯底(特別是半導(dǎo)體襯底或?qū)w、絕緣襯底)的厚度離散均一化，不產(chǎn)生凹狀扭曲等弊病，從而容易且廉價地實(shí)現(xiàn)無布線設(shè)計約束的高速平坦化。在最后除去襯底而得到單體多層布線薄膜的情況下，容易進(jìn)行構(gòu)成多層布線薄膜的各布線層的膜厚的精確控制，同時可以高效率低成本地容易除去銅板，而實(shí)現(xiàn)具有微細(xì)布線結(jié)構(gòu)的布線薄膜。
本發(fā)明的布線襯底的形成方法是把布線形成在襯底上的方法，該方法包含如下工序以所述襯底的所述布線形成面為基準(zhǔn)，通過第一機(jī)械加工對所述布線形成面的背面進(jìn)行平坦化處理的工序；在所述布線形成面上形成所述布線和覆蓋所述布線的絕緣膜的工序；以所述背面為基準(zhǔn)，通過第二機(jī)械加工進(jìn)行平坦化處理，以使所述布線的表面和所述絕緣膜的表面成連續(xù)平坦面的工序。
本發(fā)明的布線襯底的形成方法包含如下工序通過第一機(jī)械加工使支承基體的厚度均一的工序；在厚度被均一過的所述支承基體的表面上形成所述布線和覆蓋所述布線的絕緣膜的工序；通過第二機(jī)械加工進(jìn)行平坦化處理，以使所述布線的表面和所述絕緣膜的表面成連續(xù)平坦面的工序，形成由所述布線和所述絕緣膜構(gòu)成的布線層的工序；除掉所述支承基體，從而形成具有所述布線層的厚度均一的布線薄膜的工序。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置包含有半導(dǎo)體襯底、形成在所述半導(dǎo)體襯底表面上的半導(dǎo)體元件、在絕緣物內(nèi)與所述半導(dǎo)體元件一起疊層為多層而構(gòu)成的多層布線；對所述半導(dǎo)體襯底的形成所述半導(dǎo)體元件而成的所述表面的背面?zhèn)葘?shí)施以所述表面為基準(zhǔn)的機(jī)械加工，使所述背面平坦和襯底厚度均一。
本發(fā)明的襯底處理裝置是在襯底上形成布線時的襯底處理裝置，包括襯底支座和刨刀；襯底支座具有平坦的支承面，并用襯底的一面將其吸附在所述支承面上，強(qiáng)行將襯底的所述一面作為基準(zhǔn)面來支承固定住所述襯底；刨刀用來對被支承固定在所述襯底支座上的所述襯底的另一面進(jìn)行切削加工；用所述刨刀對所述襯底的所述布線形成面進(jìn)行切削加工，并實(shí)施平坦化處理，，以使所述布線的表面和絕緣膜的表面連續(xù)且平坦。


圖1A～圖1E是按工藝順序表示本實(shí)施例的多層布線襯底的形成方法的概略斷面圖。
圖2A～圖2C是按工藝順序表示第一實(shí)施例的多層布線襯底的形成方法的概略斷面圖。
圖3A～圖3C是按工藝順序表示第一實(shí)施例的多層布線襯底的形成方法的概略斷面圖。
圖4A～圖4C是按工藝順序表示第一實(shí)施例的多層布線襯底的形成方法的概略斷面圖。
圖5是圖2A、圖3A和圖4B的各平坦化工序的具體例的示意圖。
圖6是圖2A、圖3A和圖4B的各平坦化工序的其它具體例的示意圖。
圖7是第一實(shí)施例的比較例的概略斷面圖。
圖8A、圖8B是研磨加工裝置的構(gòu)成圖。
圖9是研磨加工裝置的構(gòu)成框圖。
圖10A～圖10G是表示切削加工裝置的構(gòu)成的概略構(gòu)成圖。
圖11是表示切削加工裝置的各部分的配置構(gòu)成的概略構(gòu)成圖。
圖12是切削加工工藝的流程圖。
圖13是表示適用本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的外觀概略立體圖。
圖14是表示適用本發(fā)明的本實(shí)施例展示的半導(dǎo)體裝置的外觀的概略平面圖。
圖15A～圖15D是按工藝順序表示包含第二實(shí)施例的多層布線襯底的半導(dǎo)體裝置的制造方法的概略斷面圖。
圖16A～圖16C是按工藝順序表示包含第二實(shí)施例的多層布線襯底的半導(dǎo)體裝置的制造方法的概略斷面圖。
圖17A～圖17C是按工藝順序表示包含第二實(shí)施例的多層布線襯底的半導(dǎo)體裝置的制造方法的概略斷面圖。
圖18A～圖18C是按工藝順序表示包含第二實(shí)施例的多層布線襯底的半導(dǎo)體裝置的制造方法的概略斷面圖。
圖19A～圖19C是按工藝順序表示包含第二實(shí)施例的多層布線襯底的半導(dǎo)體裝置的制造方法的概略斷面圖。
圖20A、圖20B是把MOS晶體管形成在元件區(qū)內(nèi)的情況的概略斷面圖。
圖21是表示包含第二實(shí)施例的多層布線襯底的半導(dǎo)體裝置的制造方法的變形例中的主要工序的概略斷面圖。
圖22A～圖22C是按工藝順序表示第三實(shí)施例的多層布線襯底的形成方法的概略斷面圖。
圖23A～圖23C是按工藝順序表示第三實(shí)施例的多層布線襯底的形成方法的概略斷面圖。
圖24A～圖24C是按工藝順序表示第四實(shí)施例的多層布線襯底的形成方法的概略斷面圖。
圖25A、圖25B是按工藝順序表示第四實(shí)施例的多層布線襯底的形成方法的概略斷面圖。
具體實(shí)施例方式
—本發(fā)明的基本要點(diǎn)—首先說明本發(fā)明的基本要點(diǎn)。
在本發(fā)明中，前提是作為平坦化方法以例如使用刨刀的切削加工為代表的CMP以外的機(jī)械加工方法為主要對象。銅、鋁、鎳等金屬或聚酰亞胺等絕緣材料是容易用刨刀切削的材料，采用切削的方法可以容易且高速地使在半導(dǎo)體襯底上由這些材料構(gòu)成的布線和絕緣膜平坦化。而且，采用切削手段不會產(chǎn)生凹狀扭曲。
在將切削加工用于以硅晶片為代表的半導(dǎo)體襯底的平坦化時的問題在于要以襯底的背面(背面)為基準(zhǔn)進(jìn)行切削。一般，硅襯底的TTV在1μm～5μm范圍內(nèi)，在LSI的處理過程中，大約5μm的TTV對光刻法沒有影響，通常，不去考慮。但是，在切削加工的情況下，TTV的值影響很大，切削的平坦精度達(dá)不到TTV值以下，因此，在將切削加工用于半導(dǎo)體襯底的平坦化的情況下，首先必須把襯底的TTV控制在目標(biāo)的切削精度以下。
針對上述情況，本發(fā)明的發(fā)明人想到在形成布線和絕緣膜之前，首先以構(gòu)成布線形成面的表面為基準(zhǔn)研磨其背面，從而將半導(dǎo)體襯底的TTV抑制到目標(biāo)切削精度以下。這種情況下，理想的是TTV小，而且各個半導(dǎo)體襯底的厚度離散也能抑制到切削精度以下。但是，只要TTV小就可以，在切削時能夠檢測出各個半導(dǎo)體襯底的厚度，可以檢測出各個半導(dǎo)體襯底的厚度來控制切削量。
另外，在本發(fā)明中，在形成膜狀的多層布線薄膜時，使用上述的切削加工技術(shù)，即，在由絕緣材料或?qū)щ姴牧蠘?gòu)成的支承基體上把布線層層疊起來形成多層布線薄膜之后，除掉支承基體，在僅把多層布線薄膜用作轉(zhuǎn)接層(インタポ一ザ)的情況下使用上述的切削加工技術(shù)。這種情況下，因?yàn)榘呀饘侔寤蚪^緣板用作支承基體，所以，能夠采用切削加工進(jìn)行作為形成布線層的前工序的相應(yīng)支承基體的平坦化(厚度均一化)。而且，用切削加工來進(jìn)行各布線層形成時的平坦化處理，還可以在除去支承基體的工序中也用切削除掉支承基體。這樣，就能夠全部采用使用刨刀的切削來進(jìn)行支承基體的平坦化、各布線層形成時的平坦化以及支承基體的一連串的切削，能夠容易且高速地實(shí)現(xiàn)各布線層的高精度的平坦化和基體除去。
另外，在支承基體為絕緣板的情況下，利用切削加工所具備的容易、高速、高精度的平坦化控制性，在除掉支承基體時，就能夠?qū)⒅С谢w留下任意厚度并平坦化，同時可以將其供給絕緣層。在支承基體為金屬板的情況下，將切削所產(chǎn)生的切削屑收集起來，還可以再用于支承基體的形成。
—本發(fā)明的具體實(shí)施方式
—以下，根據(jù)上述的基本要點(diǎn)，用附圖來說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)這里示例硅半導(dǎo)體襯底(硅晶片)作為襯底，展示出在該半導(dǎo)體襯底上形成在絕緣物內(nèi)把各布線層疊為多層而構(gòu)成的多層布線。
圖1A～圖1E、圖2A～圖2C、圖3A～圖3C、圖4A～圖4C是按工藝順序表示本實(shí)施例的多層布線襯底的形成方法的概略斷面圖。
首先，如圖1A所示，準(zhǔn)備硅半導(dǎo)體襯底1。通常，硅半導(dǎo)體襯底像圖示的那樣，其厚度是不一樣的，且呈伴有起伏的狀態(tài)。
因此，作為對半導(dǎo)體襯底1的一個主面即這里的襯底表面(布線形成面1a)實(shí)施用后述刨刀的切削加工的前工序，使半導(dǎo)體襯底1的另一個主面即這里的(布線形成面1a的)背面1b平坦化。
具體地說，如圖1B所示，準(zhǔn)備已使支承面201a平坦了的襯底支座201，例如通過真空吸附使布線形成面1a吸附在該支承面201a上，將半導(dǎo)體襯底1固定在襯底支座201上。這時，布線形成面1a因吸附在支承面201a上而被強(qiáng)制平坦化，這樣，布線形成面1a就成為背面1b的平坦化的基準(zhǔn)面。這種狀態(tài)下，對背面1b進(jìn)行機(jī)械加工，這里是進(jìn)行研磨加工，磨掉背面1b的凸部12來進(jìn)行平坦化處理。這時，最好依據(jù)距布線形成面1a的距離來控制背面1b的切削量。這樣，就能使半導(dǎo)體襯底1的厚度為一定，具體地說，將TTV(襯底的最大厚度與最小厚度之差)控制在規(guī)定值以下，再具體一點(diǎn)，就是將TTV控制在1μm以下。
接著，如圖1C所示，將半導(dǎo)體襯底1從襯底支座201上取下來，然后在半導(dǎo)體襯底1的布線形成面1a上涂敷例如感光性聚酰亞胺13，再用光刻法加工該感光性聚酰亞胺13，由此形成預(yù)定的電極圖形13a。
接下來，如圖1D所示，在布線形成面1a上，以覆蓋感光性聚酰亞胺13的方式，例如用濺射法形成金屬、例如銅膜，從而形成根層2。
接著，如圖1E所示，以根層2為電極，用電鍍法堆積銅，使其膜厚埋住感光性聚酰亞胺13，從而形成接地(GND)電極3。
接下來，對布線形成面1a實(shí)施用刨刀的切削加工，使其平坦化。
具體地說，如圖2A所示，通過真空吸附將半導(dǎo)體襯底1的背面1b吸附在襯底支座11的支承面11a上，從而將半導(dǎo)體襯底1固定在襯底支座11上。這時，通過圖1B的平坦化處理使半導(dǎo)體襯底1的厚度為一定的狀態(tài)，另外，圖2A的吸附強(qiáng)制性的使其成為無起伏等的狀態(tài)，所以，背面1b就成為布線形成面1a的平坦化的基準(zhǔn)面。在該狀態(tài)下，對布線形成面1a的GND電極3的表層進(jìn)行機(jī)械加工，這里是用由金剛石等構(gòu)成的刨刀10進(jìn)行切削加工，使其平坦化。
接著，如圖2B所示，在已經(jīng)平坦化了的GND電極3上涂敷光刻膠14，用光刻法加工光刻膠14，開口形成預(yù)定的支柱圖形14a。并用電鍍法將銅等埋入支柱圖形14a的開口部內(nèi)形成支柱部4。
接下來，如圖2C所示，例如將光刻膠14剝離掉之后，在布線形成面1a上形成絕緣樹脂5，以覆蓋支柱部4并將其埋入。
接著，再對布線形成面1a實(shí)施用刨刀的切削加工，進(jìn)行平坦化。
具體地說，如圖3A所示，通過例如真空吸附將背面1b吸附在襯底支座11的支承面11a上，將半導(dǎo)體襯底1固定在襯底支座11上。與上述一樣，這時，背面1b就成為布線形成面1a的平坦化的基準(zhǔn)面。在該狀態(tài)下，對布線形成面1a上的支柱部4和絕緣樹脂5的表層進(jìn)行機(jī)械加工，這里是使半導(dǎo)體襯底1以例如約800rpm～1600rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，用刨刀10對其進(jìn)行切削加工，使它們平坦化。該平坦化處理使支柱部4的上面露出來，同時形成支柱部4被埋設(shè)在絕緣樹脂5內(nèi)的厚度均一化的支柱層21。
接下來，如圖3B所示，在平坦化好的支柱部4和絕緣樹脂5的表面上用濺射法堆積銅膜形成根層6之后，涂敷第一光刻膠15，用光刻法加工該第一光刻膠15形成預(yù)定的布線圖形15a。然后以根層6為電極用電鍍法，把第一光刻膠15的布線圖形15a部分埋入，形成布線7。
接著，如圖3C所示，用例如堿性的剝離液除掉第一光刻膠15之后，在布線7上以將其埋入的方式涂敷第二光刻膠16，用光刻法加工該第二光刻膠16，開口形成預(yù)定的支柱圖形16a。然后，通過電鍍法，用銅等埋入支柱圖形16a，形成支柱部8接下來，如圖4A所示，用例如堿性的剝離液除掉第二光刻膠16以及根層6之后，在布線形成面1a上形成絕緣樹脂9，覆蓋布線7和支柱部8，將它們埋入。
接著，再對布線形成面1a實(shí)施用刨刀的切削加工，進(jìn)行平坦化。
具體地說，如圖4B所示，通過例如真空吸附將背面1b吸附在襯底支座11的支承面11a上，將半導(dǎo)體襯底1固定在襯底支座11上。與上述一樣，這時，背面1b就成為布線形成面1a的平坦化的基準(zhǔn)面。在該狀態(tài)下，對布線形成面1a上的支柱部8和絕緣樹脂9的表層進(jìn)行機(jī)械加工，使它們平坦化。這里，作為機(jī)械加工的一例是用刨刀進(jìn)行切削加工。通過該平坦化處理使支柱部8的上面露出來，同時形成布線7和與其連接的支柱部8被埋設(shè)在絕緣樹脂9內(nèi)的厚度均一化的第一布線層22。
然后，如圖4C所示，與形成第一布線層22時一樣，即經(jīng)過多次與圖3B、圖3C、圖4A、圖4B一樣的一系列工序，形成布線和與其連接的支柱部被埋設(shè)在絕緣樹脂內(nèi)而構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。在圖示中，示例出布線31和與其連接的支柱部32被埋設(shè)在絕緣樹脂33內(nèi)的厚度均一化的第二布線層23，以及形成在該第二布線層23上的布線34。
然后，經(jīng)覆蓋半導(dǎo)體襯底1的整個面的保護(hù)膜(未示出)的形成等，在半導(dǎo)體襯底1上就完成了多層布線結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，說明了一片半導(dǎo)體襯底，但是對于構(gòu)成批量的多片半導(dǎo)體襯底來說，也可以進(jìn)行本實(shí)施例的各工序而使各半導(dǎo)體襯底的厚度同一地均一化。這樣，就能夠?qū)缤慌績?nèi)的各襯底在同一條件下進(jìn)行切削等處理。
在圖2A、圖3A和圖4B的各平坦化工序內(nèi)，以背面1b為基準(zhǔn)進(jìn)行半導(dǎo)體襯底1的平行露出，同時檢測出布線形成面1a的位置，再從所檢測出的布線形成面1a計算出切削量，來控制刨刀10。
具體地說，如圖5所示，這樣來進(jìn)行所謂“平行露出”，即在檢測出布線形成面1a的位置時，用激光照射裝置17對布線形成面1a的周邊部位的多個地方例如在3個地方A、B、C處的絕緣樹脂5、9和感光性聚酰亞胺13(根據(jù)情況是根層2)照射激光17a，將它們加熱散逸，從而使布線形成面1a的一部分露出來。
在該情況下，如圖6所示，在檢測出布線形成面1a的位置時，也可以將半導(dǎo)體襯底1吸附固定在形成了開口11b的襯底支座11上，再用紅外激光照射器18從開口11b對背面1b照射紅外激光，用該紅外激光照射器18(或設(shè)置在其附近的激光測定器)檢測出來自布線形成面1a的反射光也可。
這里，圖7中示出了本實(shí)施例的比較例，在該比較例中，所示例的是在半導(dǎo)體襯底201上形成多層布線結(jié)構(gòu)202而不進(jìn)行本實(shí)施例的平坦化處理。這樣，在不進(jìn)行平坦化處理的情況下，隨著布線層數(shù)的增加，上面的凹凸就會顯著，會妨害多層布線化。
與此相比，在本實(shí)施例中，所采取的結(jié)構(gòu)是，首先，以布線形成面1a為基準(zhǔn)對半導(dǎo)體襯底1的背面1b進(jìn)行平坦化處理之后，在此基礎(chǔ)上以背面1b為基準(zhǔn)在布線形成面1a上順序形成厚度均一的支柱層21和各布線層22、23，所以，即使層疊更多層布線層也不會損害平坦性，能夠抑制凹凸的發(fā)生而實(shí)現(xiàn)微細(xì)的布線結(jié)構(gòu)。
如以上之說明，按照本實(shí)施例，半導(dǎo)體襯底1的厚度離散均一化，并且不會發(fā)生凹狀扭曲等弊病。其結(jié)果，可以容易且廉價地進(jìn)行無布線設(shè)計的約束的高速平坦化。另外，還可以容易且精致地實(shí)現(xiàn)微細(xì)的多層布線結(jié)構(gòu)。
這里，對用圖1B說明的研磨加工工序的具體裝置構(gòu)成進(jìn)行說明。
圖8所表示的是研磨加工裝置的構(gòu)成，圖8A是平面圖，圖8B是側(cè)面圖。
該研磨加工裝置具有收容半導(dǎo)體襯底(半導(dǎo)體晶片)1的收容部202、將半導(dǎo)體襯底1傳送到各處理部的機(jī)械手部203、裝載固定研磨時的半導(dǎo)體襯底1的轉(zhuǎn)盤204和研磨半導(dǎo)體襯底1的研磨機(jī)部205。
收容部202具有收容多片半導(dǎo)體襯底1的收容盒211，如圖8B所示，收容各半導(dǎo)體襯底1。
機(jī)械手部203具有傳送手212，機(jī)械手部203從收容盒211中取出半導(dǎo)體襯底1，在圖示的例子中，將半導(dǎo)體襯底1傳送到轉(zhuǎn)盤204，并把處理后的半導(dǎo)體襯底1從轉(zhuǎn)盤204傳送到收容部202。
轉(zhuǎn)盤204具備多個(這里是3個)將半導(dǎo)體襯底1卡緊在表面上的卡盤213，轉(zhuǎn)盤204例如可沿圖8B的箭頭M所示的方向自如地旋轉(zhuǎn)。
研磨機(jī)部205的下面裝卸自如地設(shè)置有砂片214，使砂片214與卡緊在卡盤213上的半導(dǎo)體襯底1的表面接觸，例如沿圖8B的箭頭N所示的方向進(jìn)行研磨，這里，使用例如粗細(xì)度不同的兩種砂片作為砂片214。
在使用該研磨加工裝置進(jìn)行研磨加工時，首先用機(jī)械手部203的傳送手212從收容部202把半導(dǎo)體襯底1取出來，裝載固定在轉(zhuǎn)盤204的卡盤213上；然后，使研磨機(jī)部205的砂片214接觸半導(dǎo)體襯底1的表面，研磨該表面。這時，首先用粗砂片研磨，再用精加工用的極細(xì)度的砂片進(jìn)行研磨。然后用傳送手212把精加工研磨好的半導(dǎo)體襯底1從卡盤213上取下來，收容到收容部202內(nèi)。
這里，來說明進(jìn)行用圖2A、圖3A、圖4B說明的切削加工工序的具體的裝置構(gòu)成。
圖9是切削加工裝置的構(gòu)成框圖，圖10A～圖10G是同樣的概略構(gòu)成圖該切削加工裝置具有收容半導(dǎo)體襯底(半導(dǎo)體晶片)1的收容部101(圖9、圖10A)、將半導(dǎo)體襯底1傳送到各處理部的機(jī)械手部102(圖9、圖10B、圖10C)、卡緊切削時的半導(dǎo)體襯底1的卡盤部103(圖9、圖10D)、進(jìn)行半導(dǎo)體襯底1的定位的感測部104(圖9、圖10E)、進(jìn)行半導(dǎo)體襯底1的平坦化切削的切削部105(圖9、圖10F)、進(jìn)行切削后的洗凈的洗凈部106(圖9、圖10G)、拍攝切削狀態(tài)的光傳感器部107(圖9、圖10D)和對這些部分進(jìn)行控制的控制部108(圖9)。圖10A～圖10G是各部的部件圖，為方便起見，設(shè)置方向和縮尺等不準(zhǔn)確。
收容部101具有收容多片半導(dǎo)體襯底1的收容盒111、將半導(dǎo)體襯底1升降至傳送手114的取出高度的升降機(jī)構(gòu)112和進(jìn)行該升降機(jī)構(gòu)的升降驅(qū)動的Z軸驅(qū)動部113。
機(jī)械手部102具有從收容盒111把半導(dǎo)體襯底1取出來并真空吸附著傳送到感測部104的傳送手114、用Θ1軸(第一旋轉(zhuǎn)軸)～Θ3軸(第三旋轉(zhuǎn)軸)驅(qū)動該傳送手114的Θ1軸驅(qū)動部115a、Θ2軸(第二旋轉(zhuǎn)軸)驅(qū)動部115b和Θ3軸驅(qū)動部115c以及驅(qū)動Z軸的Z軸驅(qū)動部115d。傳送手114被作成標(biāo)量型機(jī)械手，可以容易地向各處理部進(jìn)行傳遞。傳送手114的機(jī)械手機(jī)構(gòu)不被限定于此，例如也可以是XY正交型機(jī)械手。
卡盤部103具有襯底支座(轉(zhuǎn)盤)11和驅(qū)動該襯底支座11的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部116，襯底支座11用例如真空吸附來裝載固定半導(dǎo)體襯底1，并以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速度使半導(dǎo)體襯底1自如地旋轉(zhuǎn)。襯底支座11用真空機(jī)構(gòu)固定半導(dǎo)體襯底1，該襯底支座11就成為加工基準(zhǔn)面。因此，為保持固定時和加工時的平面精度，夾持面(支承固定面)最好使用多孔材料夾持半導(dǎo)體襯底1的整個面。包含夾持面的部分材料采用金屬系、陶瓷系、樹脂系等材料。本實(shí)施例中，在對半導(dǎo)體襯底1的表面進(jìn)行切削加工時，使裝載固定在襯底支座11上的半導(dǎo)體襯底1以約800rpm～1600rpm的轉(zhuǎn)數(shù)的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行切削。
感測部104具有CCD攝影機(jī)117、裝載固定半導(dǎo)體襯底1并以規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速度使半導(dǎo)體襯底1自如地旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤118以及驅(qū)動該轉(zhuǎn)盤118的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部119；用CCD攝影機(jī)117拍攝設(shè)置在轉(zhuǎn)盤118上的半導(dǎo)體襯底1的外周。
切削部105具備由金剛石等構(gòu)成的作為切削工具的硬質(zhì)刨刀10，并具有設(shè)置有該刨刀10的X軸刀座120和Y軸刀座121、用X軸刀座120沿X方向(圖10E中的箭頭M所示的方向)驅(qū)動刨刀10的X軸驅(qū)動部122、用Y軸刀座121沿Y方向(圖10E中的箭頭N所示的方向)驅(qū)動刨刀10的Y軸驅(qū)動部123。
洗凈部106具有真空固定半導(dǎo)體襯底1并使其以規(guī)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤124、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動該轉(zhuǎn)盤124的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部125和將洗凈水噴到半導(dǎo)體襯底1的表面上的噴嘴126；在將半導(dǎo)體襯底1真空固定好的狀態(tài)下，用轉(zhuǎn)盤124使半導(dǎo)體襯底1旋轉(zhuǎn)，同時從噴嘴126將洗凈水噴到半導(dǎo)體襯底1的表面上，洗掉加工后的表面殘留物。然后，一面吹氣，一面用轉(zhuǎn)盤124使半導(dǎo)體襯底1高速旋轉(zhuǎn)，將殘存在襯底表面的洗凈水甩干而使之干燥。
光傳感器107具有面對裝載固定在卡盤部103的襯底支座11上的半導(dǎo)體襯底1配置的投光部127和受光部128，一側(cè)配置投光部127，另一側(cè)配置受光部128。
控制部108具有驅(qū)動控制部129、檢測出光傳感器107的投射光和接受光的檢測部130、運(yùn)算部131、總體控制驅(qū)動控制部129、檢測部130和運(yùn)算部131的主控制部132、顯示主控制部132的控制狀態(tài)的顯示部133以及對主控制部132賦予種種驅(qū)動指令的移動指令部134；驅(qū)動控制部129分別控制收容部101的Z軸驅(qū)動部113、機(jī)械手部102的Θ1軸～Θ3軸驅(qū)動部115a～115c和Z軸驅(qū)動部115d、卡盤部103的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部116、感測部104的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部119、切削部105的X軸驅(qū)動部122和Y軸驅(qū)動部123、洗凈部106的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部125；運(yùn)算部131用感測部104的CCD攝影機(jī)117的拍攝結(jié)果計算半導(dǎo)體襯底1的中心位置，再與光傳感器107一起測定并計算半導(dǎo)體襯底1的尺寸。
用圖11和圖12來說明切削加工過程。
圖11是表示以機(jī)械手部102為中心的收容部101、卡盤部103、感測部104、切削部105和洗凈部106的配置狀態(tài)的示意圖。這里，省略圖示光傳感器107和控制部108。
圖12是該切削加工的工藝流程圖。
首先，機(jī)械手部102的傳送手114從收容半導(dǎo)體襯底1的收容部101的收容盒111中把半導(dǎo)體襯底1取出來(步驟S1)；用收容部101的升降機(jī)構(gòu)112把傳送手114升降到取出半導(dǎo)體襯底1的高度。
然后，傳送手114真空吸附半導(dǎo)體襯底1，并將其傳送到感測部104；在感測部104，轉(zhuǎn)盤118使半導(dǎo)體襯底1轉(zhuǎn)動360°，用CCD攝影機(jī)112拍攝該半導(dǎo)體襯底1的外周，控制部108的運(yùn)算部131處理其拍攝結(jié)果，計算出半導(dǎo)體襯底1的中心位置(步驟S2)。
接著，傳送手114根據(jù)中心位置的計算結(jié)果修正中心位置，并把半導(dǎo)體襯底1傳送到卡盤部103，襯底支座11用真空固定住半導(dǎo)體襯底1(步驟S3)。該襯底支座11就成為加工基準(zhǔn)面。因此，為保持固定時和加工時的平面精度，夾持面最好使用多孔材料夾持半導(dǎo)體襯底1的整個面，采用金屬系、陶瓷系、樹脂系等材料。面對被夾持住的半導(dǎo)體襯底1的上下面分別配置投光部114和受光部115，并與控制部108一起測定并計算半導(dǎo)體襯底1的尺寸，將其結(jié)果反饋到切削部105的X軸驅(qū)動部112，并指令切削移動量。這里，在切削面是布線形成面的情況下，具體地說，如圖5所示，最好照射激光，加熱光刻掩膜使其散逸，將表面顯露出來，并且用如圖6所示的那種采用紅外激光的反射型傳感器來計量位置。在前述的位置計量中也可以使用透過型傳感器。
然后根據(jù)上述的運(yùn)算結(jié)果(襯底尺寸)用X軸刀座120在與圖10F相同的箭頭M的方向上移動進(jìn)行切削的刨刀10，開始切削(步驟S4)。這樣，如果切削量達(dá)到設(shè)定值，就完成了直到設(shè)定尺寸為止的切削(步驟S5)。
接下來，傳送手114從襯底支座11上把半導(dǎo)體襯底1取下來(步驟S6)，并傳送到洗凈部106。在洗凈部106，把半導(dǎo)體襯底1真空固定在轉(zhuǎn)盤124上，一面旋轉(zhuǎn)一面用從噴嘴126噴出的洗凈水把加工后的半導(dǎo)體襯底1的表面殘留異物清洗掉。然后，邊吹氣邊高速旋轉(zhuǎn)，把洗凈水甩干來使之干燥(步驟S7)。干燥結(jié)束之后，傳送手再把半導(dǎo)體襯底1取出來，最后收容到收容部101的收容盒111內(nèi)(步驟S8)。
在本實(shí)施例中，使用上述的研磨加工裝置，以形成有布線和絕緣膜的布線形成面為基準(zhǔn)面研磨好其背面后，再用上述的研磨加工裝置，以背面為基準(zhǔn)對各布線的表面和絕緣膜的表面進(jìn)行平坦化處理。
(第二實(shí)施例)這里所示例的是以硅半導(dǎo)體襯底作為襯底，制造LSI時形成在絕緣物內(nèi)疊層多層由各布線構(gòu)成的布線層而構(gòu)成的多層布線層的情況。
作為包含多層布線層的半導(dǎo)體裝置，有圖13和圖14所示的那種形式的器件。圖13的半導(dǎo)體裝置在硅半導(dǎo)體襯底101中形成有電極63a，電極63a圍在形成有多個半導(dǎo)體元件(MOS晶體管等)的元件區(qū)102的周圍，各半導(dǎo)體元件和電極63a電氣連接。另一方面，圖14的半導(dǎo)體裝置在硅半導(dǎo)體襯底101中將多個電極63a形成為矩陣狀，在各電極63a之間形成多個半導(dǎo)體元件。即，在圖14的情況下，電極63a之間的區(qū)域成為元件區(qū)103。本發(fā)明可適用于圖13和圖14的半導(dǎo)體裝置雙方，但是在以下的說明中，為方便起見，示例出圖14所示的形式的半導(dǎo)體裝置，例如，在圖15以后示出沿圖14的點(diǎn)劃線I-I的概略斷面。
圖15A～圖15D、圖16A～圖16C、圖17A～圖17C、圖18A～圖18C、圖19A～圖19C是按工藝順序表示按照本實(shí)施例的包含多層布線的半導(dǎo)體裝置的制造方法的概略斷面圖。
如圖15A所示，首先準(zhǔn)備硅半導(dǎo)體襯底1，在襯底表面(布線形成面1a)上順序形成構(gòu)成半導(dǎo)體元件的雜質(zhì)擴(kuò)散層的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)61、在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)61上埋入例如由無機(jī)物構(gòu)成的絕緣層62內(nèi)的LSI布線63和在LSI布線63上以露出LSI布線63的電極63a的表面的方式保護(hù)膜64。在圖示的例子中，相鄰接的電極63a(和LSI布線63)之間的區(qū)域構(gòu)成圖14的元件區(qū)103。這種情況下，元件區(qū)103總合起各個鄰接的電極63a之間的區(qū)域。
這里，為方便起見，圖15中省略了各半導(dǎo)體元件的圖示。更準(zhǔn)確地如圖20A所示，在元件區(qū)103內(nèi)形成有多個半導(dǎo)體元件，這里形成有MOS晶體管104。如圖20B所示，各MOS晶體管104在元件區(qū)103的表面經(jīng)柵絕緣膜111圖形形成柵極112，把雜質(zhì)導(dǎo)入該柵極112兩側(cè)的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)61，形成構(gòu)成為源極/漏極的一對雜質(zhì)擴(kuò)散層113。另外，在元件區(qū)103的表面上，使布線114圖形形成，與各雜質(zhì)擴(kuò)散層113連接起來，這些布線114構(gòu)成LSI布線63的一部分。雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)61是形成多個MOS晶體管的多層雜質(zhì)擴(kuò)散層的區(qū)域，實(shí)際上有存在雜質(zhì)擴(kuò)散層的地方和不存在雜質(zhì)擴(kuò)散層的地方，但是為方便起見，一并都是呈現(xiàn)為雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)的區(qū)域。
即使鄰接的電極63a之間的僅僅一個區(qū)域也形成非常多的MOS晶體管104，所以，為方便起見，在圖15及其以下的各圖中都省略MOS晶體管104的圖示。
而且，如上所述，作為對形成了MOS晶體管104或LSI布線63、保護(hù)膜64等的布線形成面1a實(shí)施用后述的刨刀的切削加工的前工序，對布線形成面1a的背面1b進(jìn)行平坦化。
具體地說，如圖15B所示，準(zhǔn)備已經(jīng)使支承面201a平坦了的襯底支座201，將布線形成面1a吸附在該支承面201a上，例如通過真空吸附吸住布線形成面1a，從而將半導(dǎo)體襯底1固定在襯底支座201上。這時，向支承面201a的吸附將布線形成面1a強(qiáng)行平坦化，這樣，布線形成面1a就成為背面1b的平坦化基準(zhǔn)面，在該狀態(tài)下，對背面1b進(jìn)行機(jī)械加工，這里，是進(jìn)行研磨加工，研磨除去背面1b的凸部12，使背面1b平坦化。這種情況下，最好依據(jù)距該背面1b的距離來控制背面1b的切削量。這樣，就將半導(dǎo)體襯底1的厚度控制為一定，具體地說，將TTV(襯底的最大厚度與最小厚度之差)控制在1μm以下。
接著，如圖15C所示，把半導(dǎo)體襯底1從襯底支座201上取下來，在半導(dǎo)體襯底1的布線形成面1a上涂敷感光性樹脂例如感光性聚酰亞胺13，用光刻法對該感光性聚酰亞胺13進(jìn)行加工，形成露出來幾個LSI布線63的電極63a形狀的布線圖形13b。
接著，如圖15D所示，用例如濺射法在布線形成面1a上形成金屬如銅膜(金膜等也可以，以下以銅為例予以說明)，覆蓋住感光性聚酰亞胺13，形成根層2。
接著，如圖16A所示，在布線形成面1a上涂敷光刻膠92，用光刻法對光刻膠92進(jìn)行加工，在光刻膠92上使規(guī)定的圖形開口之后，用根層2作為電極電鍍堆積銅。
接著，如圖16B所示，把光刻膠92剝離下來之后，以堆積的銅為掩膜蝕刻根層2，將其除掉。
接下來，如圖16C所示，以埋住布線41的方式涂敷并固化絕緣樹脂42。也可以在形成絕緣樹脂42時，除掉露出來的根層2。
接著，對布線形成面1a實(shí)施用刨刀的切削加工，進(jìn)行平坦化。
具體地說，如圖17A所示，用例如真空吸附將背面1b吸附在襯底支座11的支承面11a上，將半導(dǎo)體襯底1固定在襯底支座11上。這時，對背面1b的圖15B的平坦化處理使半導(dǎo)體襯底1的厚度成為一定的狀態(tài)，向支承面11a的吸附還強(qiáng)行使背面1b成為無起伏等的狀態(tài)。這樣，背面1b就成為布線形成面1a的平坦化的基準(zhǔn)面。在該狀態(tài)下，對布線形成面1a內(nèi)的布線41和絕緣樹脂42的表層進(jìn)行機(jī)械加工，這里，是使半導(dǎo)體襯底1以轉(zhuǎn)數(shù)800rpm～1600rpm左右的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，用刨刀10進(jìn)行切削加工，使其平坦化。用該平坦化處理使布線41露出其上面，來形成被埋設(shè)在絕緣樹脂42內(nèi)的第一布線層51。且，為方便起見，在圖17A中所圖示出的是將布線41和絕緣樹脂42的表層作成連續(xù)的平坦面。
接著，如圖17B所示，在已經(jīng)被平坦化了的第一布線層51上濺射形成構(gòu)成電鍍電極的根層19之后，涂敷光刻膠14，用光刻法對光刻膠14進(jìn)行加工，使規(guī)定的支柱圖形14a形成開口。然后，用電鍍法用銅等埋入支柱圖形14a，形成支柱部4。
接著，如圖17C所示，把光刻膠14剝離下來之后，用例如采用氟酸的濕蝕刻把根層19除掉，以把支柱部4覆蓋并埋入的方式在布線形成面1a上形成絕緣樹脂5。
接著，再對布線形成面1a實(shí)施用刨刀的切削加工，進(jìn)行平坦化。
具體地說，如圖18A所示，用例如真空吸附將背面1b吸附在襯底支座11的支承面11a上，將半導(dǎo)體襯底1固定在襯底支座11上。這時，與上述一樣，背面1b成為布線形成面1a的平坦化的基準(zhǔn)面。在該狀態(tài)下，對布線形成面1a內(nèi)的支柱部4和絕緣樹脂5的表層進(jìn)行機(jī)械加工，這里，用刨刀10進(jìn)行切削加工，使其平坦化。用該平坦化處理使支柱部4露出其上面，來形成被埋設(shè)在絕緣樹脂5內(nèi)的厚度被均一化了的支柱層21。實(shí)際上，雖然從用刨刀的切削開始使支柱部4和絕緣樹脂5的表層平坦化，但是為方便起見，在圖18A中所圖示出的是也將刨刀10還未通過的支柱部4和絕緣樹脂5的表層作成連續(xù)的平坦面。
接著，如圖18B所示，在已經(jīng)被平坦化了的支柱部4和絕緣樹脂5的表面上電鍍堆積銅膜形成根層6之后，涂敷光刻膠15，用光刻法對該光刻膠15進(jìn)行加工，形成規(guī)定的布線圖形15a。然后，用根層6作為電極用電鍍法形成埋入光刻膠15的布線圖形15a的布線7。
接著，如圖18C所示，用例如堿性剝離液把光刻膠15除掉之后，在布線7上涂敷光刻膠16，將其埋入，再用光刻法對該光刻膠16進(jìn)行加工，使規(guī)定的支柱圖形16a形成開口。然后，用電鍍法用銅等埋住支柱圖形16a，形成支柱部8。
接著，如圖19A所示，把光刻膠16剝離下來之后，用例如采用氟酸的濕蝕刻把根層6除掉，在布線形成面1a上形成絕緣樹脂9，把布線7和支柱8覆蓋并埋入。
接著，再對布線形成面1a實(shí)施用刨刀的切削加工，進(jìn)行平坦化。
具體地說，如圖19B所示，用例如真空吸附將背面1b吸附在襯底支座11的支承面11a上，將半導(dǎo)體襯底1固定在襯底支座11上。這時，與上述一樣，背面1b成為布線形成面1a的平坦化的基準(zhǔn)面。在該狀態(tài)下，對布線形成面1a內(nèi)的支柱部8和絕緣樹脂9的表層進(jìn)行機(jī)械加工，這里，用刨刀10進(jìn)行切削加工，使其平坦化。用該平坦化處理使支柱部8的上面露出來，形成布線7和與該布線7相連接的支柱部8被埋設(shè)在絕緣樹脂9內(nèi)的厚度被均一化了的第二布線層52。為方便起見，在圖19B中所圖示出的是把支柱部8和絕緣膜9的表層作為連續(xù)的平坦面。
然后，如圖19C所示，與第二布線層52形成時一樣，即，經(jīng)過多次與圖18B、圖18C、圖19A、圖19B一樣的一系列工序，形成布線和與其連接的支柱部被埋設(shè)在絕緣樹脂內(nèi)而構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。在圖示中，示例出布線31和與其連接的支柱部32被埋設(shè)在絕緣樹脂33內(nèi)的厚度均一化的第三布線層53，以及形成在該第三布線層53上的布線34。
然后，經(jīng)覆蓋半導(dǎo)體襯底1的整個面的保護(hù)膜(未示出)的形成等，就完成了在半導(dǎo)體襯底1上具有元件區(qū)103(包含多個MOS晶體管104)和多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
在本實(shí)施例中，首先以布線形成層1a為基準(zhǔn)對半導(dǎo)體襯底1的背面1b進(jìn)行平坦化處理，之后，在此基礎(chǔ)上，以背面1b為基準(zhǔn)在布線形成層1a上順次形成厚度均一的支柱層21和布線層51～53。由于采用這樣的結(jié)構(gòu)，所以即使疊層更多層布線層也不會損傷平坦性，而能夠抑制凹凸圖形的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)微細(xì)的布線結(jié)構(gòu)。
像以上所說明的那樣，按照本實(shí)施例，能夠使半導(dǎo)體襯底1的厚度離散均一化，不發(fā)生凹狀扭曲等不適的情況，能夠容易且廉價地進(jìn)行無布線設(shè)計約束的高速平坦化，從而容易且精致地實(shí)現(xiàn)具備微細(xì)的多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
在本實(shí)施例中，說明了一片半導(dǎo)體襯底，但是對于構(gòu)成批量的多片半導(dǎo)體襯底來說，也可以進(jìn)行本實(shí)施例的各工序而使各半導(dǎo)體襯底的厚度同一地均一化。這樣，就能夠?qū)缤慌績?nèi)的各襯底在同一條件下進(jìn)行切削等處理。
(變形例)以下說明本實(shí)施例的變形例。
在該變形例中，在第二實(shí)施例中說明過的用刨刀的切削加工工序內(nèi)附加切削面的掃屑處理，以下在圖21上示出本掃屑處理的概要。
在按照第二實(shí)施例的用刨刀的切削加工中，能夠以低成本短時間極高精度地(以納米量級的平坦粗細(xì)度)進(jìn)行寬范圍的切削。
可是，這種情況下，伴隨切削加工產(chǎn)生切削屑，這種切削屑有可能附著在切削面上。因?yàn)殪o電只是把成為切削對象的絕緣層和布線(包含支柱部)中的絕緣材料的切削屑附著在切削面上，所以可以在切削后將其除掉。相對于此，一旦布線材料特別是Au的切削屑附著在切削面上，會與切削面相結(jié)合，用洗凈等方法就不容易將其除掉。結(jié)果，就成為納米量級的粗細(xì)度的平坦性高的切削面上附著數(shù)μm～十幾μm大小的切削屑的表面形狀，可能會妨害平坦化處理。如上所述，布線材料是Au的情況下這種現(xiàn)象特別顯著，但是，即使是Cu或其合金等也有同樣問題。
在本變形例中，在使用刨刀的切削加工工序中，通過切削形成平坦的切削面之后，再用該刨刀以與所述切削同位置(零吃刀量)對切削面掃屑。由于是零吃刀量，所以幾乎不會產(chǎn)生新的切削屑，但能夠確實(shí)地除掉附著在切削面上的切削屑。
但是，考慮到掃屑處理除掉的切削屑會再次附著在切削面上，為了防止發(fā)生這種情況，在進(jìn)行該掃屑處理時，在刨刀的送進(jìn)方向上噴空氣或水或切削油劑是有效的方法。這里，因?yàn)榕俚督佑|整個切削面，所以刨刀的送進(jìn)速度必須與切削時相同或在其以下。
具體地說，在圖17A所示的切削加工工序中，使用刨刀10對布線形成面的布線41和絕緣樹脂42的表層進(jìn)行切削加工，平坦化處理之后，如圖21所示，在將半導(dǎo)體襯底1固定在襯底支座11上的狀態(tài)下，以與平坦化處理精加工時的吃刀量位置相同的刨刀位置(零吃刀量)用刨刀10掃屑。這時的進(jìn)給量與精加工時相同，例如取10μm/轉(zhuǎn)。這時，沿與刨刀10的進(jìn)給方向相同的方向從空氣送出部93對切削面吹氣，來防止切削屑94的再次附著。這里，特別是在切削屑容易附著的狀況下，也可以高壓噴水或切削油劑來代替空氣。
本變形例的掃屑處理同樣也可以適用于圖18A的切削加工工序和圖19B的切削加工工序。
按照本變形例，使半導(dǎo)體襯底1的厚度離散均一化的同時，防止了起伏或彎曲的發(fā)生，不會發(fā)生凹狀扭曲等弊病，并能夠容易且廉價地進(jìn)行無布線設(shè)計約束的高速精致的平坦化，而且能確實(shí)地除掉平坦化時的切削屑，保持切削面的平坦性，能夠容易且精致地實(shí)現(xiàn)具備微細(xì)的多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
(第三實(shí)施例)這里所示出的是用支承基體作為襯底，具體地說是用銅板作為襯底，來形成用作轉(zhuǎn)接層等的膜狀的多層布線薄膜的情況。
圖22A～圖22C和圖23A～圖23C是按工藝順序表示本實(shí)施例的多層布線襯底的形成方法的概略斷面圖。
首先，如圖22A所示，把例如厚度略大于1mm、直徑8英寸的銅板71吸附在例如上述的切削加工裝置的卡盤部104上，用金剛石制的刨刀10進(jìn)行切削，直到刨刀10接觸到銅板71的整個表面為止，使銅板71的厚度均一化?；厥者@時所產(chǎn)生的切削屑，用于銅板的再生。
接著，如圖22B所示，將光刻膠涂敷在銅板71的表面，用光刻法進(jìn)行加工，形成第一層布線圖形。這時的布線圖形的L/S是例如5μm/5μm。然后，以銅板71為根層用電解鍍形成布線72。這里，將保護(hù)膜(未示出)貼在銅板71的背面，防止電鍍附著，然后除掉光刻膠。
接下來，用光刻膠形成支柱圖形，與上述一樣，以銅板71為根層用電解鍍形成例如高度約12μm直徑約12μm的支承柱73。這時，在銅板71的背面也貼上保護(hù)膜(未示出)來防止電鍍附著，然后除掉光刻膠。
接著，用旋涂法涂敷聚酰亞胺前體(HDマイクロシステム公司生產(chǎn)的產(chǎn)品名P12611)以把布線72和支承柱73埋入，然后，以2℃/min升溫速度在例如370℃下加熱硬化，形成樹脂膜74。此后，在樹脂膜74的一部分上用激光開出到達(dá)銅板71表面的孔。
接下來，將銅板71的背面朝下裝在卡盤部104上，測定所述孔的深度，從銅板71的表面開始用刨刀10進(jìn)行切削加工直到約10μm高度為止，使其平坦化，在膜厚均一的樹脂膜74上形成埋入布線72和支承柱73而構(gòu)成的第一層布線層81。這里，支承柱73的上面從布線層81的表面露出來。這時的切削條件是例如轉(zhuǎn)數(shù)為1000rpm、進(jìn)給速度為3mm/min、刨刀10的前角為10°、吃刀量為1μm。
接著，用濺散法形成根層(Cr/Cu疊層膜，膜厚100nm/300nm)之后，如圖22C所示，與上述一樣，圖形形成布線75和支承柱76。除掉光刻膠之后，再腐蝕除去根層。
接下來，同樣，用旋涂法涂敷上述的聚酰亞胺前體，把布線75和支承柱76埋入，然后，以2℃/min升溫速度在例如370℃下加熱硬化，形成樹脂膜77。此后，在樹脂膜77的一部分上用激光開出到達(dá)銅板71表面的孔。
接著，將銅板71的背面朝下裝在卡盤部104上，測定所述孔的深度，從銅板71的表面開始用刨刀10進(jìn)行切削加工直到約10μm高度為止，使其平坦化，在膜厚均一的樹脂膜77上形成埋入布線75和支承柱76而構(gòu)成的第二層布線層82。這里，支承柱76的上面從布線層82的表面露出來。
如圖23A所示，重復(fù)進(jìn)行上述的布線層的形成工序，形成由所希望的層數(shù)的布線層構(gòu)成的多層布線薄膜。而后，形成由聚酰亞胺構(gòu)成的厚約13μm的保護(hù)層。用激光在任意地方形成支柱78之后，用刨刀切削加工保護(hù)層達(dá)到約10μm厚度，使其平坦化。在圖示的例子中，所示例的多層布線薄膜80由4層布線層構(gòu)成，在最上層的布線層上，通過用刨刀10的上述切削加工僅形成支柱78。在圖示的例子中，用虛線表示切削達(dá)約10μm厚度的保護(hù)層部分。
接著，如圖23B所示，使保護(hù)層朝下裝在卡盤部104上，用刨刀10切削除掉銅板71，僅其留下例如約0.5μm的厚度。這時，回收所產(chǎn)生的切削屑，用于銅板的再生。
如圖23C所示，腐蝕除去殘留的銅板71，從而作成膜狀的多層布線薄膜80。
在本實(shí)施例中，切削銅板71之前，也可以預(yù)先從布線層切割適當(dāng)深度，使布線層芯片化。
如以上的說明，按照本實(shí)施例，在最后除掉支承基體來得到單體多層布線薄膜的情況下，容易進(jìn)行構(gòu)成多層布線薄膜80的各布線層的膜厚的精致的控制，同時能夠有效且低成本地容易除掉銅板71，從而可以實(shí)現(xiàn)具有例如支柱直徑約5μm～10μm、L/S為5μm/5μm～20μm/20μm的微細(xì)布線結(jié)構(gòu)的多層布線薄膜。
這里，與第三實(shí)施例一樣，所展示的是用支承基體為襯底，具體地說是以銅板為襯底，形成用作轉(zhuǎn)接片等的膜狀多層布線薄膜，但各布線層的形成方法不同。
圖24A～圖24C和圖25A～圖25C是按工藝順序表示本實(shí)施例的多層布線襯底的形成方法的概略斷面圖。
首先，如圖24A所示，把例如厚度略大于1mm、直徑8英寸的銅板71吸附在例如上述的切削加工裝置的卡盤部104上，用金剛石制的刨刀10進(jìn)行切削，直到刨刀10接觸到銅板71的整個表面為止，使銅板71的厚度均一化。這時，回收所產(chǎn)生的切削屑，用于銅板的再生。
接著，如圖24B所示，在銅板71的表面上形成由感光性環(huán)氧樹脂構(gòu)成的膜厚約20μm的疊層膜83，曝光、顯影形成直徑約20μm的支柱孔84。用氧化劑使疊層膜83的表面粗化之后，用無電解鍍形成根層。
接下來，用膜厚約10μm的光刻膠形成布線圖形(L/S＝10μm/10μm左右)。用電鍍法形成布線層85的同時，填充支柱孔84。這時，電鍍也可以外伸至光刻膠上。
接下來，將銅板71的背面朝下裝在卡盤部104上，從疊層膜83的表面開始用刨刀10進(jìn)行切削加工直到高度為約5μm為止，使其平坦化，在膜厚均一的疊層膜83上形成埋入被電鍍填充的支柱孔84和布線層85而構(gòu)成的第一層布線層91。這時的切削條件是例如轉(zhuǎn)數(shù)為1000rpm、進(jìn)給速度為3mm/min、刨刀10的前角為0°、吃刀量為1μm。而后，除掉光刻膠，再腐蝕除去根層。
如圖24C所示，重復(fù)進(jìn)行上述的布線層的形成工序，形成由所希望的層數(shù)的布線層構(gòu)成的多層布線薄膜。而后，形成由聚酰亞胺構(gòu)成的厚約13μm的保護(hù)層。用激光在任意地方形成支柱78之后，用刨刀10切削加工保護(hù)層達(dá)到約10μm厚度，使其平坦化。在圖示的例子中，所示例的多層布線薄膜90由3層布線層構(gòu)成，在最上層的布線層，通過用刨刀10的上述切削加工表面僅形成支柱78。在圖示的例子中，用虛線表示切削達(dá)約10μm厚度的保護(hù)層部分。
接著，如圖25A所示，使保護(hù)層朝下裝在卡盤部104上，用刨刀10切削除掉銅板71，僅留下例如約5μm的厚度。這時，回收所產(chǎn)生的切削屑，用于銅板的再生。
如圖25B所示，把殘留的銅板71作成圖形，形成規(guī)定的布線82，從而作成膜狀的多層布線薄膜90。
如以上的說明，按照本實(shí)施例，在最后除掉支承基體得到單體多層布線薄膜的情況下，容易進(jìn)行構(gòu)成多層布線薄膜的各布線層的膜厚的精致的控制，同時能夠有效且低成本地容易除掉銅板71，從而可以實(shí)現(xiàn)具有例如支柱直徑約5μm～10μm、L/S為5μm/5μm～20μm/20μm的微細(xì)布線結(jié)構(gòu)的多層布線薄膜。
在本實(shí)施例和變形例中，示例出將導(dǎo)電體襯底(銅板)作為支承基體，但是也可以用樹脂等絕緣襯底構(gòu)成支承基體。這種情況下，與本實(shí)施例一樣，通過使用刨刀的切削加工使支承基體的厚度均一之后，用切削加工使布線層平坦化·膜厚均一化，同時疊層起來形成多層布線薄膜，再從背面進(jìn)行切削加工除掉支承基體。在該切削加工時，也可以使支承基體留下任意厚度并使其平坦化，用作絕緣層。
在像上述那樣的成為加工對象的樹脂的彎曲程度、所謂韌性大的情況下，最好將刨刀的前角取為5°以上，這樣就能夠減小精加工面的粗度。
按照本發(fā)明，作為平坦化方法，考慮以切削加工為代表的CMP以外的機(jī)械加工方法為主要對象，使襯底(特別是半導(dǎo)體襯底)的厚度離散均一化，不會發(fā)生凹狀扭曲等弊病，能夠容易且廉價地實(shí)現(xiàn)無布線設(shè)計約束的高速平坦化。
按照本發(fā)明，在最后除掉支承基體而得到單體多層布線薄膜的情況下，容易進(jìn)行構(gòu)成多層布線薄膜的各布線層的膜厚的精致的控制，同時能夠有效、低成本容易地除掉銅板，而實(shí)現(xiàn)具有微細(xì)布線結(jié)構(gòu)的多層布線薄膜。
權(quán)利要求
1.一種布線襯底的形成方法，在被處理襯底的一個主面上形成布線，其特征在于，包含如下工序第一工序以應(yīng)形成所述布線的所述襯底的一個主面為基準(zhǔn)，對所述襯底的另一個主面實(shí)施第一機(jī)械加工，將所述襯底的另一個主面平坦化；第二工序在所述襯底的一個主面上，形成所述布線和覆蓋所述布線的絕緣膜；第三工序以所述襯底的另一個主面為基準(zhǔn)，對所述襯底的一個主面實(shí)施第二機(jī)械加工，使所述襯底的一個主面平坦化，以使所述布線的表面和所述絕緣膜的表面連續(xù)且平坦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，所述襯底是半導(dǎo)體襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，在所述第一工序之前，包含在所述半導(dǎo)體襯底的所述一個主面上，形成半導(dǎo)體元件的工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，通過多次重復(fù)由所述第二工序和所述第三工序構(gòu)成的一系列工序，在所述絕緣膜內(nèi)形成所述各布線疊層多層而構(gòu)成的多層布線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，所述第一機(jī)械加工是研磨加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，所述第二機(jī)械加工是使用刨刀的切削加工。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，通過所述第一機(jī)械加工，將所述半導(dǎo)體襯底的最大厚度與最小厚度之差控制在1μm或其以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，對多片所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行所述各工序，使所述各半導(dǎo)體襯底的厚度均一化為同一厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，在所述第三工序中，以所述另一個主面為基準(zhǔn)，進(jìn)行所述半導(dǎo)體襯底的平行露出，同時檢測出所述一個主面的位置，從檢測出的所述一個主面計算并控制切削量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，在檢測出所述一個主面的位置時，對所述一個主面的周邊部位的多處絕緣膜照射激光，使所述絕緣膜的絕緣物加熱散逸，從而露出所述一個主面的一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，在檢測出所述一個主面的位置時，對所述另一個主面照射紅外激光，并測定來自所述一個主面的反射光。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，所述一個主面是所述襯底的布線形成面；所述另一個主面是所述襯底的背面。
13.一種布線襯底的形成方法，其特征在于，包含如下工序第一工序用第一機(jī)械加工使支承基體的厚度均一化；第二工序在厚度被均一化了的所述支承基體的表面上，形成布線和覆蓋所述布線的絕緣膜；第三工序用第二機(jī)械加工進(jìn)行平坦化處理，使所述布線的表面和所述絕緣膜的表面連續(xù)且平坦，形成由所述布線和所述絕緣膜構(gòu)成的布線層；第四工序除掉所述支承基體，由此形成具有所述布線層的厚度均一的布線薄膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，在由所述第二機(jī)械加工進(jìn)行所述平坦化處理時，使所述支承基體和所述各布線層的整體厚度均一，同時多次重復(fù)進(jìn)行由所述第二工序和所述第三工序構(gòu)成的一系列工序，由此形成多層所述布線層層疊而成的厚度均一的所述布線薄膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，所述第二機(jī)械加工是使用刨刀的切削加工。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，所述切削加工之后，使用所述刨刀，在與所述平坦化處理相同的刨刀位置上，對所述平坦化處理過的切削面進(jìn)行再掃屑。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，所述第一機(jī)械加工是使用刨刀的切削加工。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，在所述第四工序中，用刨刀從背面對所述支承基體進(jìn)行切削加工，除掉所述支承基體。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，所述支承基體是由導(dǎo)電材料構(gòu)成的基體。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，用所述第四工序回收切削所述支承基體時產(chǎn)生的切削屑，用于再形成所述支承基體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的布線襯底的形成方法，其特征在于，在所述第四工序中，將所述支承基體殘留任意厚度并使之平坦化之后，還包含將作為導(dǎo)電層而殘留下來的所述支承基體加工成任意圖形的第五工序。
22.一種半導(dǎo)體裝置，包含有半導(dǎo)體襯底、形成在所述半導(dǎo)體襯底的一個主面上的半導(dǎo)體元件，以及在絕緣物內(nèi)各布線疊層為多層而構(gòu)成的多層布線；其特征在于，在所述半導(dǎo)體襯底的另一個主面?zhèn)龋瑢?shí)施以所述一個主面為基準(zhǔn)的機(jī)械加工，進(jìn)行所述半導(dǎo)體襯底的另一個主面的平坦化和襯底厚度的均一化。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底的所述襯底厚度的最大厚度與最小厚度之差被控制在1μm或其以下。
24.一種襯底處理裝置，為在被處理襯底上形成布線時的襯底處理裝置，其特征在于，包含襯底支座，以及對被支承固定在所述襯底支座上的所述襯底的一個主面進(jìn)行切削加工的刨刀；該襯底支座具有平坦的支承面，并用其另一個主面把在一個主面上形成了所述布線的所述襯底吸附在所述支承面上，將所述襯底的另一個主面強(qiáng)制性的作為平坦的基準(zhǔn)面而支承固定；用所述刨刀切削加工所述襯底的一個主面，以使所述布線的表面和絕緣膜的表面連續(xù)平坦的方式進(jìn)行平坦化處理。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的襯底處理裝置，其特征在于，所述襯底是半導(dǎo)體襯底。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的襯底處理裝置，其特征在于，平坦化處理在所述一個主面上形成了半導(dǎo)體元件的所述半導(dǎo)體襯底的所述背面。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的襯底處理裝置，其特征在于，以所述另一個主面為基準(zhǔn)進(jìn)行所述半導(dǎo)體襯底的平行露出，同時檢測出所述一個主面的位置，從檢測出的所述一個主面計算并控制切削量。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的襯底處理裝置，其特征在于，具備激光照射裝置；在檢測出所述一個主面的位置時，所述激光照射裝置對所述一個主面周邊部位的多處絕緣膜照射激光，使所述絕緣膜的絕緣物加熱散逸，從而露出所述一個主面的一部分。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的襯底處理裝置，其特征在于，具備紅外激光照射測定裝置；在檢測出所述一個主面的位置時，所述紅外激光照射測定裝置對所述另一個主面照射紅外激光，并測定來自所述一個主面的反射光。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的襯底處理裝置，其特征在于，所述襯底是支承基體。
全文摘要
準(zhǔn)備已經(jīng)使支承面(201a)平坦了的襯底支座(201)，用例如真空吸附把布線形成面(1a)吸附在該支承面(201a)上，從而把半導(dǎo)體襯底(1)固定在襯底支座(201)上。這時，向支承面(201a)的吸附就使布線形成面(1a)強(qiáng)制性的平坦化，這樣，布線形成面(1a)成為背面(1b)的平坦化基準(zhǔn)面。在該狀態(tài)下，對背面(1b)進(jìn)行機(jī)械研磨，將背面(1b)的凸部(12)研磨除去來進(jìn)行平坦化處理。這樣，就能夠使襯底(特別是半導(dǎo)體襯底)的厚度離散均一化，不會發(fā)生凹凸扭曲等不適當(dāng)?shù)那闆r，能夠容易且廉價地實(shí)現(xiàn)無布線設(shè)計約束的高速平坦化。
文檔編號H01L21/304GK1708835SQ20038010228
公開日2005年12月14日 申請日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者中川香苗, 水越正孝, 手代木和雄 申請人:富士通株式會社