JP2007266441A - 半導体ウェーハ裏面研削用カップ型砥石及び研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特別複雑な製造加工を要することなく、切れ味を向上させることで研削能率を高め、かつ次工程の仕上げ研削での障害になるような研削ダメージの発生を抑制できる半導体ウェーハ裏面粗研削用のカップ型砥石、及びそのような粗研削用カップ型砥石による粗研削加工を利用した好適な研削加工方法を提供する。
【解決手段】 半導体ウェーハWの裏面の研削における仕上げ研削の前工程の粗研削に用いるためのカップ型砥石２であって、超砥粒チップ４を、円盤状の台金３の円形状側面３１に、略放射状となるように、研削作用面４１の長辺４２が台金３の径方向にほぼ沿うように配置したことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体ウェーハの裏面の粗研削に用いるカップ型砥石及びそれを用いた研削方法に関するものである。

従来、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの裏面研削には、台金の円形状側面にダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（CBN）からなる超砥粒層を、リング状に形成したカップ型砥石が用いられている。半導体ウェーハの裏面研削においては、厚さ７７５μｍ程度の半導体ウェーハの表面に所定の成膜がされた半導体ウェーハを、粗研削によってほぼ所定の厚さ近くにまで裏側から削り、最後に仕上げ研削によって所定の厚さでかつ平滑な面となるように仕上げをする。ところで、近年、半導体チップの薄型化が進んでおり、それに合わせて、半導体ウェーハの裏面研削においては、粗研削での削り代を大きくして薄いウェーハとする加工が多くなっている。粗研削は、半導体ウェーハ表面の成膜工程等の工程から、次の仕上げ研削工程の間に位置しており、粗研削に多くの加工時間が費やされると、他の工程の待ち時間が生じ、全体の加工能率に影響する。ところが、半導体ウェーハは、単に研削速度を増加すると、最悪の場合、ウェーハ焼けや、ウェーハ割れを引き起こし、加工不能となってしまう。その場合、仕上げ研削での加工負担が大きくなる。そのため、粗研削において、切れ味を向上させることで無理なく研削能率を高め、かつ次工程の仕上げ研削での障害になるような研削ダメージの発生を抑制できる加工が望まれている。

そこで、半導体ウェーハの裏面加工に使用するカップ型砥石の切れ味を向上させる技術開発が種々なされており、例えば、特許文献１に記載の発明においては、リング状の超砥粒層に多段形状の多数の溝を形成して、切り粉をスムーズに排出できて切れ味の優れたカップ型砥石としている。特許文献２においては、さらに、このような溝の一部を台金の周面にまで延長して形成している。
特開平１１−１７９６６７号公報 特開平１１−２４５１６９号公報

しかし、特許文献１や特許文献２に記載のものでは、超砥粒層に対して放電加工等での複雑な形状の加工を施す必要があり、また、半導体ウェーハの裏面を研削対象としてはいるが、特段に粗研削と仕上げ研削との技術上の特有性を考慮して、それぞれに使用する場合の好適な工夫を施すというものではなかった。

本発明は、従来技術の上記問題を解決するためになされたものであり、特別複雑な製造加工を要することなく、切れ味を向上させることで粗研削での研削能率を高め、かつ次工程の仕上げ研削での障害になるような研削ダメージの発生を抑制できて仕上げ研削の研削能率の向上も達成できる半導体ウェーハ裏面粗研削用のカップ型砥石、及びそのような粗研削用カップ型砥石による粗研削加工を利用した好適な研削加工方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の半導体ウェーハ裏面研削用カップ型砥石は、半導体ウェーハの裏面の研削における仕上げ研削の前工程の粗研削に用いるためのカップ型砥石であって、超砥粒チップを、円盤状の台金の円形状側面に、略放射状となるように、研削作用面の長辺が台金の径方向にほぼ沿うように配置したことを特徴とする。本発明によれば、超砥粒チップを台金に略放射状に配置するという簡易な構成でありながら、切れ味が向上して研削能率を高め、かつ次工程の仕上げ研削での障害になるような半導体ウェーハのクラックやエッジチッピングの研削ダメージの発生を抑制できる半導体ウェーハ裏面研削用カップ型砥石とすることができる。

また、超砥粒チップの超砥粒の平均粒径を、＃２７０〜＃８００とする場合は、半導体ウェーハの裏面の粗研削に好適な超砥粒の範囲とすることができる。
また、超砥粒チップの研削作用面の長辺を、台金の径方向の±１０度の範囲内で、径方向にほぼ沿うように配置する場合は、超砥粒チップが台金径方向に沿う好適な範囲とすることができる。
また、隣接する超砥粒チップ間の間隙を、超砥粒チップの研削作用面の短辺の長さよりも大きくする場合は、超砥粒チップを略放射状に配置することによる作用が顕著であり、また切り粉排出も良好なものとすることができる。
さらに、超砥粒チップの研削作用面における形状を、台金の径方向にほぼ沿い、回転方向に凸となる円弧状とすることができる。この場合、砥石の磨耗を少ないものとして砥石寿命を向上することができる。また、従来から用いられている円弧状超砥粒チップを台金側面にほぼ連続する略リング状に配置したカップ型砥石における超砥粒チップと同様な製造方法によって、超砥粒チップを製造することができ、場合によっては、同じ仕様によって製造もできる。

また、本発明の半導体ウェーハ裏面研削方法は、半導体ウェーハ裏面の研削方法において、超砥粒チップが、円盤状の台金の円形状側面に、略放射状となるように、研削作用面の長辺が台金の径方向にほぼ沿うように配置されたカップ型砥石を用いて、粗研削加工をした後に、超砥粒チップが、円盤状の台金の円形状側面に、略リング状となるように、研削作用面の長辺が台金の円周方向にほぼ沿うように配置されたカップ型砥石を用いて、仕上げ研削加工をすることを特徴とする。本発明によれば、前記の超砥粒チップを略放射状に配置したカップ型砥石による切れ味の増加した粗研削加工による能率向上に加え、その後の、超砥粒チップを略リング状に配置したカップ型砥石による仕上げ研削加工についても切れ味が増加し研削能率の向上した加工とすることができる。したがって、研削加工全体として、研削能率の向上を図ることができるとともに、半導体ウェーハの研削面を平滑なものとすることができる。

本発明によれば、特別複雑な製造加工を要することなく、切れ味を向上させることで粗研削の研削能率を高め、かつ次工程の仕上げ研削での障害になるような研削ダメージの発生を抑制でき、仕上げ研削の研削能率も向上できる半導体ウェーハ裏面粗研削用のカップ型砥石、及びそのような粗研削用カップ型砥石による粗研削加工を利用した好適な研削加工方法を提供することができる。

以下、図面に基づいて、本発明による半導体ウェーハ裏面粗研削用のカップ型砥石、及びそのような粗研削用カップ型砥石による粗研削加工を利用した研削加工方法の好適な実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態の研削装置の全体を示す概念図である。粗研削装置１は、回転軸１１によって回転可能及び軸方向に進退可能に設置された粗研削用カップ型砥石２と、回転軸１１と軸心をずらして配置された回転軸１３によって回転可能でかつ半導体ウェーハWを表面に固定するチャックテーブル１２から構成される。仕上げ研削装置５も同様に、回転軸５１によって回転可能及び軸方向に進退可能に設置された仕上げ研削用カップ型砥石６と、回転軸５１と軸心をずらして配置された回転軸５３によって回転可能でかつ半導体ウェーハWを表面に固定するチャックテーブル５２から構成される。

本実施形態で特徴的な粗研削用カップ型砥石２を図２〜４に示す。図２は、図１のカップ型砥石２を下から見た場合に相当する平面図であり、図３は、そのIII−III断面図である。カップ型砥石２は、円盤状の台金３と、その円形状の側面３１に略放射状になるように取り付けられた超砥粒チップ４とから構成される。台金３の直径は、２００〜３５０ｍｍ程度が好ましい。図４は、図３におけるIV方向からカップ型砥石２の周面の一部を見た側面図である。超砥粒チップ４は、台金３の側面３１に形成された溝３２に挿入されて接着剤によって固定されている。ここで、溝３２は、台金３を径方向に貫通しているが、側面３１を径方向に多少幅の広いものとして、超砥粒チップ４の底面とほぼ同形の穴を形成して、そこに超砥粒チップ４を接着剤によって固定してもよい。超砥粒チップ４の図面における上方の面が、半導体ウェーハWの裏面に当接する研削作用面４１となる。

図５（A）は、超砥粒チップ４の斜視図である。超砥粒チップ４は、直方体形状をしており、研削作用面４１における長辺４２が、台金３の径方向にほぼ沿うように配置される。ここで、長辺は５〜５０ｍｍ程度、短辺は２〜５ｍｍ程度、高さは３〜１０ｍｍ程度が好ましい。超砥粒チップ４は、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（CBN）からなる超砥粒をフェノール樹脂やポリイミド樹脂によって結合したレジン砥石、ガラス質の結合材によって結合したビトリファイド砥石が好ましいが、上記のような形状に作製できる超砥粒砥石であれば他の種類のものでもよい。超砥粒の平均粒径は、＃２７０以上、＃８００以下が好ましい。超砥粒の平均粒径が＃２７０未満であると、砥粒が粗すぎて半導体ウェーハ裏面の凹凸が大きくなり、次工程の仕上げ研削での十分な平滑化ができない。また、＃８００を越えると粗研削としては能率的な研削ができない。

超砥粒チップ４は、台金３の径方向にほぼ沿うものであり、径方向の±１０度の範囲内であれば、本実施形態の放射状配置としての作用を十分に達成できるものである。また、台金３への配置において、隣接する超砥粒チップ４の間の間隙は、超砥粒チップ４の短辺４３の長さよりも大きいものとすることで、各超砥粒チップ４が放射状に配置されたことによる作用を果たすことができるとともに、十分な間隙による切り粉の排出能力の向上がなされる。

図５（A）では、超砥粒チップ４は、直方体形状のものとして説明したが、図５（B）に示すように、円弧形状とすることができる。この場合、研削作用面４１における円弧状の長辺４２を、図２に示すと同様に台金３の径方向に配置する。その場合も、径方向の±１０度の範囲内であることや、隣接する超砥粒チップ４の間の間隙は超砥粒チップ４の短辺４３の長さよりも大きいものとすることが望ましいこと等は同様である。また、円弧の凸側は、回転方向側になるように配置することが好ましい。

次に、仕上げ用研削装置５における仕上げ用カップ型砥石６について、図６〜８によって説明する。このカップ型砥石６自体は、従来から使用されているのと同じ型の砥石である。図６は、図１のカップ型砥石６を下から見た場合に相当する平面図であり、図７は、そのVII−VII断面図である。カップ型砥石６は、円盤状の台金７とその円形状の側面７１に略リング状になるように、ほぼ円周方向に沿って取り付けられた超砥粒チップ８から構成される。台金７の直径は、２００〜３５０ｍｍ程度が好ましい。図８は、図７におけるVIII方向からカップ型砥石６の周面の一部を見た側面図である。超砥粒チップ８は、台金７の側面７１に端縁に沿って形成されたリング状の溝７２に、隣接する超砥粒チップ８の間にわずかな間隙を有するようにして、挿入されて接着剤によって固定されている。超砥粒チップ８は、図５（B）に示した粗研削用の超砥粒チップ４の例と同じ形状であり、砥石の種類もダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（CBN）からなる超砥粒をフェノール樹脂やポリイミド樹脂によって結合したレジン砥石、ガラス質の結合材によって結合したビトリファイド砥石又は他の形成可能な砥石であることも同様である。ただし、超砥粒の平均粒径は、粗研削に用いたものよりも細かなもので、仕上げに適した＃４００以上＃４０００以下のものが好ましい。このような形状の超砥粒チップを、粗研削用カップ型砥石２の場合には略放射状に配置したが、仕上げ研削用カップ型砥石８では、従来と同じく略リング状に配置している。

次に、本実施形態の研削装置での研削作用について説明する。粗研削装置１のチャックテーブル１２上に裏面を上にして固定され所定速度で回転する半導体ウェーハWに対し、カップ型砥石２が、所定速度で回転しつつ軸方向に送られて、半導体ウェーハWの裏面を研削し、定められた半導体ウェーハの厚さの目標値にほぼ近い厚さにまで加工する。続いて、次工程の仕上げ研削装置５のカップ型砥石６は、半導体ウェーハWの裏面に対し、粗研削加工で生じた表層部のクラック部分を削り取るとともに、裏面を平滑化するものである。粗研削加工において、本実施形態の略放射状に配置されたカップ型砥石２を用いたことにより、後記の実施例１のとおり、従来使用されていた略リング状配置のカップ型砥石を用いた場合に較べて、加工抵抗を大幅に低減した切れ味の優れた研削加工とすることができる。そのため、カップ型砥石２を軸方向に進める送り速度（半導体ウェーハWへの切込み速度）を増すことができ、研削加工の能率向上を図ることができる。また、加工抵抗が少なくなることから、脆性材料である半導体ウェーハWの裏面の表層部でのクラック等の発生や縁部でのエッジチッピング発生による研削ダメージを抑制することができ、仕上げ研削での研削能率も向上させることができる。さらに、加工抵抗が低下することから、その分、粗研削で使用する超砥粒の平均粒径を細かいものとすることも可能となり、その場合、粗研削での平滑化が向上しダメージもさらに抑制できるために、仕上げ研削加工において、研削代を減少させて能率を高めることや仕上げ面の平滑性をさらに高めることが可能になる。

また、仕上げ研削装置５において従来型の略リング状のカップ型砥石６を用いた場合、略放射状の本実施形態の粗研削用カップ型砥石２によって研削された半導体ウェーハWの仕上げ研削では、粗研削が従来型の略リング状のカップ型砥石でなされた場合のものに較べて、後記の実施例２のとおり、加工抵抗が低減した切れ味の優れた加工とすることができる。したがって、粗研削用カップ型砥石２に本実施形態のように超砥粒チップ４を略放射状に配置したものを用いることで、粗研削加工の能率と質を向上できるとともに、仕上げ研削加工の能率と質も向上したものとすることができる。

また、粗研削加工用のカップ型砥石２において、図５（B）に示すような円弧状の超砥粒チップ４を回転方向に凸となるように略放射状に配置した場合には、加工抵抗は図５（A）の直方体状の超砥粒チップを略放射状に配置したものとほぼ同じように低減できる。その上で、後記の実施例３のとおり、砥石磨耗の速度を、従来の略リング状配置のものや直方体形状の超砥粒チップを略放射状に配置したものに対し、減少させることができ、砥石寿命を延ばすことができる。また、従来から用いられ、本実施形態の仕上げ研削にも採用しているような、台金側面にほぼ連続する略リング状に配置したカップ型砥石における円弧状超砥粒チップは、一旦、連続したリング状で焼結までの工程を行い、その後、分割して製造することが可能であるが、図５（B）に示す円弧状超砥粒チップ４であれば、これと同様な製造方法によって、超砥粒チップを製造することができる。また、場合によっては、同じ仕様によって製造もでき、製造工程や製造設備を共通化できる。

以下、実施例について説明する。
実施例１
図５（A）に示す形状の超砥粒チップ４を用いた粗研削用カップ型砥石２の実施例として、次のような砥石を作製した。
台金３の直径：３００ｍｍ、超砥粒チップ４の研削作用面の長辺：１９ｍｍ程度、短辺：３ｍｍ、超砥粒チップ４の数：４８本を放射状に配置、超砥粒の種類：ダイヤモンド砥粒、超砥粒の平均粒径：＃３２５、結合材：フェノール樹脂
これに対して、比較の対象は、上記と同条件であるが、直方体状ではなく、幅３ｍｍ、円弧状長辺１９mm程度の円弧状の超砥粒チップ４８本を台金にリング状に配置したカップ型砥石とした。
これら２つのカップ型砥石を、砥石回転速度２４００ｒｐｍ、送り速度２５０μｍ／分、チャックテーブル回転速度３００ｒｐｍの条件により、１２インチシリコンウェーハの粗研削を行い、主軸負荷電流値によって加工抵抗を求めた。その結果が、図９のとおりであり、比較対象のリング状配置のカップ型砥石に較べて、本実施形態の放射状配置のカップ型砥石においては加工抵抗が著しく低減されていることが分かる。また、シリコンウェーハの研削面に現れる研削条痕が、条件によって異なるもののリング状配置の場合とは常に異なっており、次工程での仕上げ研削時の加工抵抗が低減できる一因と考えられる。

実施例２
実施例１において、本実施形態の粗研削加工を施したシリコンウェーハと比較対象の粗研削加工を施したシリコンウェーハについて、仕上げ研削加工を行った。ここで、仕上げ研削加工装置５のカップ型砥石６は、実施例１での比較対象としたものと同じ仕様の砥石であるが、仕上げ研削であることから超砥粒の平均粒径は＃２０００とした。研削条件は、砥石回転速度２４００ｒｐｍ、送り速度２５μｍ／分、チャックテーブル回転速度１２０ｒｐｍとした。結果は図１０に示すとおりであり、粗研削を本実施形態の放射状配置のカップ型砥石２によって行ったシリコンウェーハの仕上げ研削加工は、粗研削を比較対象であるリング状配置のカップ型砥石で行ったシリコンウェーハを仕上げ研削する場合に較べて、加工抵抗が低減していることが分かる。

実施例３
実施例１と同様の条件により、図５（B）に示すような円弧状形状の超砥粒チップ４を放射状に配置したカップ型砥石２について、加工抵抗とともに砥石磨耗量の測定を行った。その結果、円弧状の向きを回転方向に対してどちらにしても、加工抵抗については、直方体状の超砥粒チップ４を放射状に配置した実施例１のものとほぼ同じであった。しかし、砥石磨耗の進行すなわち磨耗速度については、円弧状の超砥粒チップ４を回転方向に凸となるように配置した場合、直方体状の超砥粒チップ４を放射状に配置した実施例１のものや従来型のリング状配置のものに対して、低減しており砥石寿命を延長できることが分かった。特に、台金３の曲率半径１５０ｍｍに対し、円弧状の超砥粒チップ４の曲率半径を２００ｍｍ程度とした場合、砥石磨耗量を半減できた。

本発明の実施形態の研削装置の構成を示す概念図である。 本発明の実施形態の粗研削用カップ型砥石の平面図である。 図２の粗研削用カップ型砥石の断面図である。 図２，３の粗研削用カップ型砥石の一部側面図である。 本発明の実施形態の超砥粒チップの斜視図である。 本発明の実施形態の仕上げ研削用カップ型砥石の平面図である。 図６の仕上げ研削用カップ型砥石の断面図である。 図６，７の仕上げ研削用カップ型砥石の一部側面図である。 本発明の実施例と比較対象例の粗研削での加工抵抗測定結果である。 本発明の実施例と比較対象例での粗研削したウェーハをさらに仕上げ研削したときの加工抵抗測定結果である。

符号の説明

１‥粗研削装置、２‥粗研削用カップ型砥石、３‥台金、４‥超砥粒チップ、５‥仕上げ研削装置、６‥仕上げ研削用カップ型砥石、７‥台金、８‥超砥粒チップ、１１‥回転軸、１２‥チャックテーブル、１３‥回転軸、５１‥回転軸、５２‥チャックテーブル、５３‥回転軸

Claims (6)

1. 半導体ウェーハの裏面の研削における仕上げ研削の前工程の粗研削に用いるためのカップ型砥石であって、超砥粒チップを、円盤状の台金の円形状側面に、略放射状となるように、研削作用面の長辺が前記台金の径方向にほぼ沿うように配置したことを特徴とする半導体ウェーハ裏面研削用カップ型砥石。
2. 前記超砥粒チップの超砥粒の平均粒径は、＃２７０〜＃８００の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハ裏面研削用カップ型砥石。
3. 前記超砥粒チップの前記研削作用面の前記長辺は、前記台金の径方向の±１０度の範囲内で、径方向にほぼ沿うように配置したことを特徴とする請求項1又は２に記載の半導体ウェーハ裏面研削用カップ型砥石。
4. 隣接する前記超砥粒チップ間の間隙は、前記超砥粒チップの前記研削作用面の短辺の長さよりも大きくしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体ウェーハ裏面研削用カップ型砥石。
5. 前記超砥粒チップの前記研削作用面における形状を、前記台金の径方向にほぼ沿い、回転方向に凸となる円弧状とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体ウェーハ裏面研削用カップ型砥石。
6. 半導体ウェーハ裏面の研削方法において、超砥粒チップが、円盤状の台金の円形状側面に、略放射状となるように、研削作用面の長辺が前記台金の径方向にほぼ沿うように配置されたカップ型砥石を用いて、粗研削加工をした後に、超砥粒チップが、円盤状の台金の円形状側面に、略リング状となるように、研削作用面の長辺が前記台金の円周方向にほぼ沿うように配置されたカップ型砥石を用いて、仕上げ研削加工をすることを特徴とする半導体ウェーハ裏面研削方法。

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