JP2008109006A - ウエーハの研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゲッタリングシンク(gettering sink)効果を維持するとともに抗折強度を確保しつつウエーハの内部に含有している銅（Cu）等の金属原子を減少させることができるウエーハの研削方法を提供する。
【解決手段】研削装置を用いて基板１０の表面にデバイスが形成されたウエーハを研削する方法であって、チャックテーブル６１の保持面にウエーハの表面側を保持し、研削ホイール４を回転しつつ研削送り手段を作動して研削送りするとともに研削水を供給することによりウエーハの裏面を研削し、ウエーハを所定の厚さに研削する研削工程と、研削工程が終了した後に研削送り手段による研削送りを停止した状態で研削ホイール４を回転しつつキレート剤を混入した研削水を供給することによりウエーハの裏面をスパークアウト研削するスパークアウト研削工程とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、表面に複数のデバイスが形成された半導体ウエーハ等のウエーハのゲッタリングシンク(gettering sink)効果を維持するとともに抗折強度を確保しつつウエーハの内部に含有している銅（Cu）等の金属原子を減少させることができるウエーハの研削方法に関する。

半導体デバイスの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切断予定ラインによって多数の矩形領域を区画し、該矩形領域の各々にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。このように多数のデバイスが形成された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、個々の半導体チップを形成する。半導体チップの小型化および軽量化を図るために、通常、半導体ウエーハをストリートに沿って切断して個々の矩形領域を切断するのに先立って、半導体ウエーハの裏面を研削して所定の厚さに形成している。

半導体ウエーハの裏面の研削は、通常、ダイヤモンド砥粒をレジンボンドの如き適宜のボンドで固着して形成した研削砥石を、高速回転せしめながら半導体ウエーハの裏面に押圧せしめることによって遂行されている。このような研削方式によって半導体ウエーハの裏面を研削すると、半導体ウエーハの裏面に数μmのマイクロクラックからなる加工歪層が生成される。この加工歪層は、半導体デバイスの製造工程において半導体ウエーハの内部に含有した銅（Cu）等の金属原子がデバイスの近傍に遊動してメモリー機能に及ぼす悪影響を抑制するゲッタリングシンク(gettering sink)効果をもたらす機能を有することが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−４１２５８ A 公報

一方、上記半導体ウエーハの裏面を研削することによって生成される加工歪層は、特に半導体ウエーハの厚さを１００μm以下に研削した場合に、個々に分割された半導体チップの抗折強度が相当低減される。この研削された半導体ウエーハの裏面に生成される加工歪層を除去する対策として、研削された半導体ウエーハの裏面にポリッシングなどの研磨或いはウエットエッチング、ドライエッチングを施している。（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
特開２００２−２８３２１１号公報 特開２００１−８５３８５号公報

而して、ウエーハの裏面を研削した後に研磨或いはエッチング等によって研削によって生成された加工歪層を除去すると、チップの抗折強度は安定するが、加工歪層によるゲッタリングシンク(gettering sink)効果が消失されデバイスの機能が低下するという問題がある。
一方、半導体ウエーハをケミカル メカニカル ポリッシング（CPP）加工する際にキレート剤を混入させることにより、半導体ウエーハの内部に含有している銅（Cu）等の金属原子を減少させることができることも知られている。しかるに、ウエーハの裏面を研削した後にキレート剤を混入させてケミカル メカニカル ポリッシング（CPP）加工を実施すると、半導体ウエーハの内部に含有している銅（Cu）等の金属原子を減少させることができるが、研削によって生成された加工歪層も除去されるため上述したように加工歪層によるゲッタリングシンク(gettering sink)効果が消失されてしまう。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、ゲッタリングシンク(gettering sink)効果を維持するとともに抗折強度を確保しつつウエーハの内部に含有している銅（Cu）等の金属原子を減少させることができるウエーハの研削方法を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物を研削する研削砥石を備えた研削ホイールと、該研削ホイールを該チャックテーブルの保持面に対して垂直な方向に研削送りする研削送り手段と、該研削砥石による研削加工部に研削水を供給する研削水供給手段とを具備する研削装置を用いて、基板の表面に複数のストリートが格子状に形成されているとともに該複数のストリートによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハの研削方法であって、
該チャックテーブルの保持面にウエーハの表面側を保持し、該研削ホイールを回転しつつ該研削送り手段を作動して研削送りするとともに研削水を供給することによりウエーハの裏面を研削し、ウエーハを所定の厚さに研削する研削工程と、
該研削工程が終了した後に、該研削送り手段による研削送りを停止した状態で該研削ホイール回転しつつキレート剤を混入した研削水を供給することによりウエーハの裏面をスパークアウト研削するスパークアウト研削工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの研削方法が提供される。

本発明によるウエーハの研削方法においては、ウエーハの裏面を研削して所定の厚さにした後、研削送り手段による研削送りを停止した状態で研削ホイールを回転しつつキレート剤を混入した研削水を供給することによりウエーハの裏面をスパークアウト研削するスパークアウト研削工程を実施するので、研削砥石による研削加工部にキレート剤が混入された研削水が供給されるため、ウエーハの基板の内部に含有している銅（Cu）等の金属原子が減少せしめられる。また、スパークアウト研削工程が実施されたウエーハにおける基板の裏面には研削工程において生成された加工歪層が除去されるが１μm程度残存するので、ゲッタリングシンク(gettering sink)効果が維持されるとともに、抗折強度の低下も抑えられる。

以下、本発明によるウエーハの加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図１には本発明に従って構成された研削装置の斜視図が示されている。
図１に示す研削装置１は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ実質上鉛直に上方に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研削ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット３２を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３にスピンドルユニット３２が取り付けられる。

スピンドルユニット３２は、支持部３１３に装着されたユニットハウジング３２１と、該ユニットハウジング３２１に回転自在に配設された回転スピンドル３２２と、該回転スピンドル３２２を回転駆動するための駆動手段としてのサーボモータ３２３とを具備している。回転スピンドル３２２の下端部はユニットハウジング３２１の下端を越えて下方に突出せしめられており、その下端には円板形状のマウンター３２４が設けられている。なお、マウンター３２４には、周方向に間隔をおいて複数のボルト挿通孔（図示していない）が形成されている。このマウンター３２４の下面に研削ホイール４が着脱可能に装着される。この研削ホイール４は、環状の支持部材４１と、該環状の支持部材４１の下面に同一円周上に装着された複数個の研削砥石４２とからなっており、支持部材４１が上記マウンター３２４の下面に締結ボルト３２５によって装着される。

図１に示す研磨装置は、上記研磨ユニット３を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研削送り手段５を備えている。この研削送り手段５は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド５１を具備している。この雄ねじロッド５１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材５２および５３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材５２には雄ねじロッド５１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ５４が配設されており、このパルスモータ５４の出力軸が雄ねじロッド５１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴（図示していない）が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド５１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ５４が正転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ５４が逆転すると移動基台３１即ち研磨ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。

上記ハウジング２の主部２１にはチャックテーブル機構６が配設されている。チャックテーブル機構６は、チャックテーブル６１と、該チャックテーブル６１の周囲を覆うカバー部材６２と、該カバー部材６２の前後に配設された蛇腹手段６３および６４を具備している。チャックテーブル６１は、図示しない回転駆動手段によって回転せしめられるようになっており、その上面である保持面６１１に被加工物であるウエーハを図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持するように構成されている。また、チャックテーブル６１は、図示しないチャックテーブル移動手段によって図１に示す被加工物載置域２４と上記スピンドルユニット３２を構成する研削ホイール４と対向する研磨域２５との間で移動せしめられる。蛇腹手段６３および６４はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段６３の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はカバー部材６２の前端面に固定されている。蛇腹手段６４の前端はカバー部材６２の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル６１が矢印２３ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６３が伸張されて蛇腹手段６４が収縮され、チャックテーブル６１が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６３が収縮されて蛇腹手段６４が伸張せしめられる。

図１に示す研削装置１は、上記研削ホイール４の研削砥石４２による研削加工部に研削水を供給する研削水供給手段７を具備している。この研削水供給手段７は、純水を供給管７１を介して上記スピンドルユニット３２に供給する。また、図１に示す研削装置１は、研削水供給手段７によって供給される研削水にキレート剤を混入せしめるキレート剤供給手段８を具備している。このキレート剤供給手段８は、キレート剤を上記供給管７１に送る。上記研削水供給手段７およびキレート剤供給手段８からスピンドルユニット３２に供給された研削水およびキレート剤が混入された研削水は、後述する図４および図５に示すように回転スピンドル３２２に設けられた通路３２２a、マウンター３２４に設けられた通路３２４a、研削ホイール４の環状の支持部材４１に設けられた通路４１aを介して研削砥石４２による研削加工部に供給される。

図１に示す研削装置１は以上のように構成されており、以下研削装置１によりウエーハの裏面を研削する研削方法について説明する。
図２には、本発明に従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が示されている。図２に示す半導体ウエーハ１０は、例えば厚さが７００μmのシリコンからなる基板１００の表面１００ａに複数のストリート１０１が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１０１によって区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイス１０２が形成されている。このように構成された半導体ウエーハ１０は、デバイス１０２が形成されているデバイス領域１０４と、該デバイス領域１０４を囲繞する外周余剰領域１０５を備えている。このように構成された半導体ウエーハ１０における基板１００の表面１００ａには、図２に示すように保護部材１１を貼着する（保護部材貼着工程）。

保護部材貼着工程を実施することにより半導体ウエーハ１０における基板１００の表面１００ａに保護部材１１を貼着したならば、基板１００の裏面１００ｂを研削して半導体ウエーハ１０を所定の厚さに形成する研削工程を実施する。この研削工程は、上記図１に示すように研磨装置１の被加工物載置域２４に位置付けられているチャックテーブル６１の保持面６１１上に半導体ウエーハ１０の保護部材１１側を載置し（従って、半導体ウエーハ１０は基板１００の裏面１００ｂが上側となる）、図示しない吸引手段によってチャックテーブル６１上に半導体ウエーハ２を吸着保持する。このようにしてチャックテーブル６１上に半導体ウエーハ１０を吸引保持したならば、図示しないチャックテーブル移動手段を作動してチャックテーブル６１を矢印２３ａで示す方向に移動し研磨域２５に位置付ける。そして、図４に示すように研削ホイール４の複数の研削砥石４２の外周縁がチャックテーブル６１の回転中心P1、即ち半導体ウエーハ１０の中心を通過するように位置付ける。

このように研削ホイール５とチャックテーブル６１に保持された半導体ウエーハ１０が図４に示す位置関係にセットされたならば、チャックテーブル６１を図４において矢印６１aで示す方向に例えば３００rpmの回転速度で回転するとともに、上記スピンドルユニット３２のサーボモータ３２３を駆動して研削ホイール４を矢印４aで示す方向に例えば６０００ｒｐｍの回転速度で回転する。そして、上記研削送り手段５のパルスモータ５４を正転駆動し研削ホイール４を矢印４bで示すように下降して研削送りする。この結果、研削ホイール４の複数の研削砥石４２が半導体ウエーハ１０の上面である基板１００の裏面１００bに所定の圧力で押圧し、基板１００の裏面１００bは全面に渡って研削される。この研削工程においては、上記研削水供給手段７が作動して研削水がスピンドルユニット３２の回転スピンドル３２２に設けられた通路３２２a、マウンター３２４に設けられた通路３２４a、研削ホイール４の環状の支持部材４１に設けられた通路４１aを介して研削砥石４２による研削加工部に供給される。このようにして研削工程を実施すると、半導体ウエーハ１０における基板１００の裏面１００ｂには上述した研削によって厚さが２μm程度の加工歪層が生成される。

上述した研削工程を実施することにより、半導体ウエーハ１０における基板１００が所定の厚さ（例えば１００μm）に達したら、上記研削送り手段５のパルスモータ５４を正転駆動を停止し、研削送りを停止した状態でチャックテーブル６１を図５において矢印６１aで示す方向に例えば３００rpmの回転速度で回転するとともに、研削ホイール４を矢印４aで示す方向に例えば６０００ｒｐｍの回転速度で回転するスパークアウト研削を実施する（スパークアウト研削工程）。このスパークアウト研削工程においては、上記研削水供給手段７およびキレート剤供給手段８を作動し、キレート剤が混入された研削水をスピンドルユニット３２の回転スピンドル３２２に設けられた通路３２２a、マウンター３２４に設けられた通路３２４a、研削ホイール４の環状の支持部材４１に設けられた通路４１aを介して研削砥石４２による研削加工部に供給する。この結果、半導体ウエーハ１０における基板１００の裏面１００ｂは僅かに研削され、上記研削工程において生成された加工歪層が１μm研削され、加工歪層の厚さが１μm程度となる。このスパークアウト研削工程においては、研削砥石４２による研削加工部にキレート剤が混入された研削水が供給されるので、基板１００の内部に含有している銅（Cu）等の金属原子が減少せしめられる。なお、スパークアウト研削工程において研削砥石４２による研削加工部に供給されるキレート剤が混入された研削水には、界面活性剤やクエン酸を混入することにより基板１００への濡れ性が向上するため更に効果的である。また、スパークアウト研削工程が実施された半導体ウエーハ１０における基板１００の裏面１００ｂには上記研削工程において生成された加工歪層が１μm程度残存するので、ゲッタリングシンク(gettering sink)効果が維持されるとともに、抗折強度の低下も抑えられる。

次に、本発明によるウエーハの研削方法の他の実施形態について、図６乃至図８を参照して説明する。なお、図６乃至図８に示す研削方法を実施するには、上記研削ホイール４の研削砥石４２は径の小さいものが用いられる。
ここで、上記チャックテーブル６１に保持された半導体ウエーハ１０と研削ホイール４を構成する研削砥石４２の関係について、図６を参照して説明する。チャックテーブル６１の回転中心P1と研削砥石４２の回転中心P2は偏芯しており、研削砥石４２の外径は、上記図２に示す半導体ウエーハ１０のデバイス領域１０４と余剰領域１０５との境界線１０６の直径より小さく境界線１０６の半径より大きい寸法に設定され、環状の研削砥石４２がチャックテーブル６１の回転中心P1（半導体ウエーハ１０の中心P2）を通過するようになっている。

次に、図6に示すようにチャックテーブル６１を矢印６１aで示す方向に３００ｒｐｍで回転しつつ、上記スピンドルユニット３２のサーボモータ３２３を駆動して研削ホイール４を矢印４aで示す方向に例えば６０００ｒｐｍの回転速度で回転する。そして、上記研削送り手段５のパルスモータ５４を正転駆動し、研削ホイール４を図７において矢印４bで示すように下降して研削送りする。この結果、半導体ウエーハ１０における基板１００の裏面１００ｂには、図８に示すようにデバイス領域１０４に対応する領域が研削除去されて所定厚さ（例えば３０μm）の円形状の凹部１０４bに形成されるとともに、外周余剰領域１０５に対応する領域が残存されて環状の補強部１０５bに形成される（研削工程）。この研削工程においては、上記研削水供給手段７を作動し、研削水をスピンドルユニット３２の回転スピンドル３２２に設けられた通路３２２a、マウンター３２４に設けられた通路３２４a、研削ホイール４の環状の支持部材４１に設けられた通路４１aを介して研削砥石４２による研削加工部に供給する。このようにして研削工程を実施すると、半導体ウエーハ１０における基板１００の裏面１００ｂに形成された凹部１０４bの底面には上述した研削によって厚さが２μm程度の加工歪層が生成される。

上述した研削工程を実施することにより、半導体ウエーハ１０における基板１００が所定の厚さ（例えば３０μm）に達したら、上記研削送り手段５のパルスモータ５４を正転駆動を停止し、研削送りを停止した状態でチャックテーブル６１を図８において矢印６１aで示す方向に例えば３００rpmの回転速度で回転するとともに、研削ホイール４を矢印４aで示す方向に例えば６０００ｒｐｍの回転速度で回転するスパークアウト研削を実施する（スパークアウト研削工程）。このスパークアウト研削工程においては、上記研削水供給手段７およびキレート剤供給手段８を作動し、キレート剤が混入された研削水をスピンドルユニット３２の回転スピンドル３２２に設けられた通路３２２a、マウンター３２４に設けられた通路３２４a、研削ホイール４の環状の支持部材４１に設けられた通路４１aを介して研削砥石４２による研削加工部に供給する。この結果、半導体ウエーハ１０の基板１００の裏面１００ｂに形成された円形状の凹部１０４bの底面が僅かに研削され、上記研削工程において生成された加工歪層が１μm研削され、加工歪層の厚さが１μm程度となる。このスパークアウト研削工程においては、研削砥石４２による研削加工部にキレート剤が混入された研削水が供給されるので、基板１００の内部に含有している銅（Cu）等の金属原子が減少せしめられる。なお、スパークアウト研削工程において研削砥石４２による研削加工部に供給されるキレート剤が混入された研削水には、上述した実施形態と同様に界面活性剤やクエン酸を混入することにより基板１００への濡れ性が向上するため更に効果的である。また、スパークアウト研削工程が実施された半導体ウエーハ１０における基板１００の裏面１００ｂには上記研削工程において生成された加工歪層が１μm程度残存するので、ゲッタリングシンク(gettering sink)効果が維持されるとともに、抗折強度の低下も抑えられる。このように図６乃至図８に示す実施形態においては、半導体ウエーハ１０の基板１００の裏面１００ｂにおけるデバイス領域１０４に対応する領域を研削してデバイス領域１０４の厚さを所定厚さに形成するとともに、半導体ウエーハ１０の裏面における外周余剰領域１０５を残存させて環状の補強部１０５bを形成することにより、デバイス領域１０４の厚さを例えば３０μmという極めて薄く形成しても剛性が維持され、ウエーハの搬送等の取り扱いが容易となる。

本発明によるウエーハの研削方法を実施するための研削装置の斜視図。 本発明によるウエーハの研削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に示す半導体ウエーハの表面に保護部材を貼着した状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における研削工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるスパークアウト研削工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法の他の実施形態を示す平面図。 本発明によるウエーハの加工方法における研削工程の他の実施形態を示す説明図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるスパークアウト研削工程の他の実施形態を示す説明図。

符号の説明

１：研削装置
２：装置ハウジング
３：研削ユニット
３２：スピンドルユニット
３２２：回転スピンドル
３２３：サーボモータ
３２４：マウンター
４：研削ホイール
４２：研削砥石
５：研削送り手段
５４：パルスモータ
６：チャックテーブル機構
６１：チャックテーブル
７：研削水供給手段
８：キレート剤供給手段
１０：半導体ウエーハ
１１：保護部材

Claims (1)

1. 被加工物を保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物を研削する研削砥石を備えた研削ホイールと、該研削ホイールを該チャックテーブルの保持面に対して垂直な方向に研削送りする研削送り手段と、該研削砥石による研削加工部に研削水を供給する研削水供給手段とを具備する研削装置を用いて、基板の表面に複数のストリートが格子状に形成されているとともに該複数のストリートによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハの研削方法であって、
   該チャックテーブルの保持面にウエーハの表面側を保持し、該研削ホイールを回転しつつ該研削送り手段を作動して研削送りするとともに研削水を供給することによりウエーハの裏面を研削し、ウエーハを所定の厚さに研削する研削工程と、
   該研削工程が終了した後に、該研削送り手段による研削送りを停止した状態で該研削ホイール回転しつつキレート剤を混入した研削水を供給することによりウエーハの裏面をスパークアウト研削するスパークアウト研削工程と、を含む、
   ことを特徴とするウエーハの研削方法。

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