JP2011040511A

JP2011040511A - ウエーハの研削方法

Info

Publication number: JP2011040511A
Application number: JP2009185418A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Sakai; 敏行酒井
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2011-02-24

Abstract

【課題】すべての埋め込み電極をウエーハの裏面に表出させることが可能な研削方法を提供することである。
【解決手段】ウエーハの研削方法であって、ウエーハの裏面を研削した際に、全ての埋め込み電極がウエーハの裏面に表出したときのモータの負荷電流値を所定負荷電流値として予め記憶しておく所定負荷電流値記憶ステップと、ウエーハの表面に保護部材を配設する表面保護ステップと、チャックテーブルでウエーハの保護部材が配設された側を吸引保持する保持ステップと、研削手段を研削送りしてチャックテーブルで保持されたウエーハの裏面を研削するとともに、研削中のモータの負荷電流値を計測する裏面研削・負荷電流値計測ステップと、研削中のモータの負荷電流値が該所定負荷電流値に達したか否かを判定する負荷電流値判定ステップと、モータの負荷電流値が該所定負荷電流値に達した際に研削送りを停止する研削送り停止ステップと、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、表面に複数の半導体回路を有し、各半導体回路は所定の深さに埋設された複数の埋め込み電極を備えた半導体ウエーハの裏面を研削して、全ての埋め込み電極をウエーハの裏面に表出させるウエーハの研削方法に関する。

近年、半導体デバイスの高集積化、高密化、小型化、薄型化を達成するために、ＭＣＰ（マルチ・チップ・パッケージ）やＳＩＰ（システム・イン・パッケージ）といった複数の半導体チップを積層した積層型半導体パッケージが提案されている。

このような積層型半導体パッケージは、インターポーザと呼ばれるパッケージ基板上に複数の半導体チップを積層することで形成される。一般的には、インターポーザと半導体チップの電極同士、或いは複数積層した半導体チップの電極同士を、金線ワイヤで電気的に結線した後、半導体チップをインターポーザに樹脂でモールド封止することで積層型半導体パッケージが製造される。

ところがこの方法では、半導体チップの電極にボンディングされた金線ワイヤは、半導体チップの外周余剰領域に張り出す形となるために、パッケージサイズは半導体チップよりも大きくなってしまうという問題があった。

また、樹脂でモールド封止する際に金線ワイヤが変形して断線や短絡が生じたり、モールド樹脂中に残存した空気が加熱時に膨張して半導体パッケージの破損を招いたりするという問題があった。

そこで、半導体チップ内に、半導体チップを厚み方向に貫通して半導体チップの電極に接続する貫通電極を設け、半導体チップを積層するとともに貫通電極を接合させて電気的に結線する技術が提案されている（例えば、特開２００５−１３６１８７号公報参照）。

この方法では、シリコンウエーハの表面に複数の半導体回路が形成され、各半導体回路からは半導体回路の電極に接続されてシリコンウエーハの裏面側に伸長する複数の埋め込み電極が形成されたウエーハを利用する。

埋め込み電極は半導体チップの仕上がり厚さ以上の高さを有し、研削装置でウエーハの裏面を研削して半導体チップの仕上がり厚さへ薄肉化するとともに、埋め込み電極をウエーハの表面に表出させる。その後、シリコンウエーハだけを選択的にエッチングすることでウエーハの裏面から埋め込み電極の先端を突出させ貫通電極とする。

特開２００５−１３６１８７号公報

ところが、ウエーハによっては埋め込み電極の高さにばらつきがあり、チップの仕上がり厚みまでウエーハを研削してもウエーハ裏面に表出しない埋め込み電極がある場合がある。

ウエーハ裏面に表出しない埋め込み電極がある状態で選択的エッチングを施すと、突出する貫通電極の先端高さがばらつき、半導体チップへと分割して他の半導体チップと積層させた際に導通不良が生じてしまうという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、全ての埋め込み電極をウエーハ裏面に確実に表出させることが可能なウエーハの研削方法を提供することである。

本発明によると、表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれ半導体回路が形成され、該各半導体回路からウエーハの仕上がり厚さ以上の深さに至る複数の埋め込み電極が埋設されたウエーハの裏面を研削して、全ての埋め込み電極をウエーハ裏面に表出させるウエーハの研削方法であって、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削砥石を有する研削ホイールと、該研削ホイールが装着されるスピンドル及び該スピンドルを回転駆動するモータとを含む研削手段と、該研削手段を研削送りする研削送り手段とを備えた研削装置を用いて、ウエーハの裏面を研削した際に、全ての該埋め込み電極がウエーハの裏面に表出したときの該モータの負荷電流値を所定負荷電流値として予め記憶しておく所定負荷電流値記憶ステップと、ウエーハの表面に保護部材を配設する表面保護ステップと、該チャックテーブルでウエーハの該保護部材が配設された側を吸引保持する保持ステップと、該研削手段を研削送りして該チャックテーブルで保持されたウエーハの裏面を研削するとともに、研削中の該モータの負荷電流値を計測する裏面研削・負荷電流値計測ステップと、研削中の該モータの負荷電流値が該所定負荷電流値に達したか否かを判定する負荷電流値判定ステップと、該モータの負荷電流値が該所定負荷電流値に達した際に研削送りを停止する研削送り停止ステップと、を具備したことを特徴とするウエーハの研削方法が提供される。

本発明によると、予め全ての埋め込み電極が研削によってウエーハ裏面に表出したときのスピンドルモータの負荷電流値を予め所定負荷電流値として記憶しておき、研削中のスピンドルモータ負荷電流値を計測しつつ研削手段を研削送りしてウエーハ裏面を研削し、スピンドルモータ負荷電流値が記憶した所定負荷電流値に達した際に、研削送りを停止するよう制御するため、全ての埋め込み電極をウエーハ裏面に確実に表出させることができる。

半導体ウエーハの表面側斜視図である。半導体ウエーハの模式的断面図である。表面に保護テープが貼着された半導体ウエーハの裏面側斜視図である。表面に保護テープが貼着された半導体ウエーハの模式的断面図である。本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置の外観斜視図である。本発明実施形態の研削方法を示すフローチャートである。半導体ウエーハの研削時間と負荷電流値との関係を示すグラフである。保持ステップの説明図である。裏面研削・負荷電流値計測ステップの説明図である。本発明の研削方法により研削された半導体ウエーハの縦断面図である。

以下、本発明実施形態のウエーハの研削方法を図面を参照して詳細に説明する。図１は所定の厚さに加工される前の半導体ウエーハ１１の斜視図である。図１に示す半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハから成っており、表面１１ａに複数のストリート（分割予定ライン）１３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１３によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等の半導体回路１５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１１は、半導体回路１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を備えている。また、半導体ウエーハ１１の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ２１が形成されている。

図２を参照すると、半導体ウエーハ１１の模式的断面図が示されている。半導体ウエーハ２に形成された各半導体回路１５からは半導体デバイスの仕上がり厚さｔ１以上の深さに埋設された複数の埋め込み電極２５が裏面１１ｂ側に伸長している。

半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する前に、半導体ウエーハ１１の表面１１ａには、保護テープ貼着工程により保護テープ２３が貼着される。従って、半導体ウエーハ１１の表面１１ａは、保護テープ２３によって保護され、図３に示すように裏面１１ｂが露出する形態となる。図４は表面に保護テープ２３が貼着された半導体ウエーハ１１の模式的断面図を示している。

以下、このように構成された半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを研削して全ての埋め込み電極２５を裏面１１ｂに表出させるのに適した研削装置２を図５を参照して説明する。４は研削装置２のハウジング（ベース）であり、ハウジング４の後方には二つのコラム６ａ，６ｂが垂直に立設されている。

コラム６ａには、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。この一対のガイドレール８に沿って粗研削ユニット１０が上下方向に移動可能に装着されている。粗研削ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

粗研削ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ２２と、スピンドルの先端に固定された複数の粗研削用の研削砥石２６を有する研削ホイール２４を含んでいる。

粗研削ユニット１０は、粗研削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成される粗研削ユニット移動機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

他方のコラム６ｂにも、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）１９が固定されている。この一対のガイドレール１９に沿って仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動可能に装着されている。

仕上げ研削ユニット２８は、そのハウジング３６が一対のガイドレール１９に沿って上下方向に移動する図示しない移動基台に取り付けられている。仕上げ研削ユニット２８は、ハウジング３６と、ハウジング３６中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ３８と、スピンドルの先端に固定された仕上げ研削用の研削砥石４２を有する研削ホイール４０を含んでいる。

仕上げ研削ユニット２８は、仕上げ研削ユニット２８を一対の案内レール１９に沿って上下方向に移動するボールねじ３０とパルスモータ３２とから構成される仕上げ研削ユニット移動機構３４を備えている。パルスモータ３２を駆動すると、ボールねじ３０が回転し、仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動される。

研削装置２は、コラム６ａ，６ｂの前側においてハウジング４の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル４４を具備している。ターンテーブル４４は比較的大径の円盤状に形成されており、図示しない回転駆動機構によって矢印４５で示す方向に回転される。

ターンテーブル４４には、互いに円周方向に１２０°離間して３個のチャックテーブル４６が水平面内で回転可能に配置されている。チャックテーブル４６は、ポーラスセラミック材によって円盤状に形成された吸着チャックを有しており、吸着チャックの保持面上に載置されたウエーハを真空吸引手段を作動することにより吸引保持する。

ターンテーブル４４に配設された３個のチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４が適宜回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａ、粗研削加工領域Ｂ、仕上げ研削加工領域Ｃ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

ハウジング４の前側部分には、ウエーハカセット５０と、リンク５１及びハンド５２を有するウエーハ搬送ロボット５４と、複数の位置決めピン５８を有する位置決めテーブル５６と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）６０と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６２と、研削されたウエーハを洗浄及びスピン乾燥するスピンナ洗浄装置６４と、スピンナ洗浄装置６４で洗浄及びスピン乾燥された研削後のウエーハを収容する収容カセット６６が配設されている。

図５に示したスピンナ洗浄装置６４には、研削された半導体ウエーハ１１を吸引保持して回転する半導体ウエーハ１１より小径のスピンナテーブル６８が装着されている。７０はスピンナ洗浄装置６４のカバーである。

次に図６乃至図１０を参照して、本発明実施形態に係るウエーハの研削方法について詳細に説明する。図６のフローチャートを参照すると、本発明実施形態の研削方法では、まずステップＳ１０で、全ての埋め込み電極２５がウエーハ裏面に表出する際のモータ３８の負荷電流値を所定負荷電流値として予めメモリに記憶しておく。

即ち、本発明の研削方法を実施する前に、半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを所定厚さ（埋め込み電極２５が裏面に表出しない厚さ）まで粗研削ユニット１０で研削し、次いで仕上げ研削ユニット２８を用いて半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを仕上げ研削する。

この仕上げ研削では、埋め込み電極２５をシリコンと同時に研削することになるので、モータの負荷電流値は図７に示すように、研削する埋め込み電極２５の数が増えるにつれて段階的に増加し、全ての埋め込み電極２５が裏面１１ｂに表出すると負荷電流値は所定値Ｉ_０で一定となる。この負荷電流値を所定負荷電流値Ｉ_０としてメモリに記憶する。

即ち、埋め込み電極２５は銅又は銅ダングステンから形成されているため、シリコンよりも研削が困難である。よって、研削する埋め込み電極２５の数が増えるにつれて、モータの負荷電流値は段階的に増加する。

半導体ウエーハ１１の表面には半導体回路１５が形成されているため、ステップＳ１１で半導体ウエーハ１１の表面に保護テープ２３を貼着する。保護テープ２３に変わって、ガラスやシリコン等のサブストレートをウエーハ１１の表面に貼着してもよい。

このように表面に保護テープ２３の貼着された半導体ウエーハ１１は、ウエーハカセット５０中に複数枚収容されて、ウエーハカセット５０がベース４上に載置される。ウエーハカセット５０中に収容された半導体ウエーハは、ウエーハ搬送ロボット５４の上下動作及び進退動作によって搬送され、ウエーハ位置決めテーブル５６に載置される。

ウエーハ位置決めテーブル５６に載置されたウエーハは、複数の位置決めピン５８によって中心合わせが行われた後、ローディングアーム６０の旋回動作によって、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置せしめられているチャックテーブル４６上に載置され、チャックテーブル４６によって吸引保持される。即ち、ここで図８に示すステップＳ１２の保持ステップが実行される。

次いで、ターンテーブル４４が反時計回り方向に１２０度回転されて、ウエーハを保持したチャックテーブル４６が粗研削加工領域Ｂに位置づけられる。このように位置づけられたウエーハに対してチャックテーブル４６を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２４をチャックテーブル４６と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、粗研削ユニット移動機構１８を作動して粗研削用の研削砥石２６をウエーハの裏面に接触させる。

そして、研削ホイール２４を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ステップＳ１３の粗研削を実施する。接触式又は非接触式の厚みゲージによってウエーハの厚みを測定しながらウエーハを所望の厚み、即ち埋め込み電極２５がウエーハ１１の裏面１１ｂに表出する寸前の厚みに研削する。

粗研削が終了したウエーハを保持したチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４を反時計回りに１２０度回転することにより、仕上げ研削加工領域Ｃに位置づけられ、仕上げ研削砥石４２を有する仕上げ研削ユニット２８による仕上げ研削が実施される。この仕上げ研削では、モータ３８の負荷電流値を計測しながら裏面研削を行うため、ステップＳ１４の裏面研削・負荷電流値計測ステップを実施することになる。

図９（Ａ）は仕上げ研削時のチャックテーブル４６に保持されたウエーハ１１と仕上げ研削ユニット２８との関係を示す斜視図であり、図９（Ｂ）はその正面図を示している。仕上げ研削ユニット２８のハウジング３６中には、モータ３８により回転駆動されるスピンドル３７が収容されており、スピンドル３７の先端にはホイールマウント３９が固定されている。このホイールマウント３９に対して、仕上げ研削用の研削砥石４２を有する研削ホイール４０が着脱可能に装着されている。

この裏面研削・負荷電流値計測ステップでは、粗研削ユニット１０による粗研削と同様に、チャックテーブル４６を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール４０を矢印ｂ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、仕上げ研削ユニット移動機構３４を作動して仕上げ研削用の研削砥石４２をウエーハの裏面に接触させる。

そして、研削ホイール４０を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ウエーハ１１の裏面研削を実施する。この裏面研削は、電源７２とモータ３８の間に直列に接続された電流計７４でモータ３８の負荷電流値を計測しながら実施する。電流計７４で計測した負荷電流値はコントローラ７６に入力され、コントローラ７６でメモリ７８に予め記憶している所定負荷電流値Ｉ_０と比較する。

図６のステップＳ１５でモータ３８の負荷電流値が所定負荷電流値Ｉ_０に達したか否かを判定し、達したと判定した場合には、ステップＳ１６で研削送りを停止する。即ち、ステップＳ１５でモータの負荷電流値が所定負荷電流値Ｉ_０に達したと判定した場合には、図７のグラフに示すように全ての埋め込み電極２５がウエーハ１１の裏面１１ｂに表出したと判定されるため、この時点で研削送りを停止する。

そして、ステップＳ１７で研削送りを停止した状態で研削を遂行する所謂スパークアウト研削を実施する。ステップＳ１７のスパークアウト研削を終了した状態の半導体ウエーハ１１の縦断面図が図１０に示されている。全ての埋め込み電極２５は半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂから突出している。

仕上げ研削を終了したウエーハ１１を保持したチャックテーブル４６は、ターンテーブルテーブル４４を反時計周り方向に１２０度回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置づけられる。

チャックテーブル４６に保持されているウエーハの吸引保持が解除されてから、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６２でウエーハが吸着されて、アンローディングアーム６２が旋回することによりスピンナ洗浄装置６４に搬送される。

スピンナ洗浄装置６４に搬送されたウエーハは、ここで洗浄されるとともにスピン乾燥される。次いで、ウエーハ搬送ロボット５４により収容カセット６６の所定位置にウエーハが収容される。

半導体ウエーハ１１の研削終了後、埋め込み電極２５をウエーハ１１の裏面から突出させるために、よく知られたプラズマエッチングによってシリコンのみを数μｍ除去し、埋め込み電極２５を半導体ウエーハ１１の裏面から所定量突出させて貫通電極とする。

２研削装置
１０粗研削ユニット
１１半導体ウエーハ
１５半導体回路
２３保護テープ
２５埋め込み電極
２８仕上げ研削ユニット
４４ターンテーブル
４６チャックテーブル

Claims

表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれ半導体回路が形成され、該各半導体回路からウエーハの仕上がり厚さ以上の深さに至る複数の埋め込み電極が埋設されたウエーハの裏面を研削して、全ての埋め込み電極をウエーハ裏面に表出させるウエーハの研削方法であって、
ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削砥石を有する研削ホイールと、該研削ホイールが装着されるスピンドル及び該スピンドルを回転駆動するモータとを含む研削手段と、該研削手段を研削送りする研削送り手段とを備えた研削装置を用いて、ウエーハの裏面を研削した際に、全ての該埋め込み電極がウエーハの裏面に表出したときの該モータの負荷電流値を所定負荷電流値として予め記憶しておく所定負荷電流値記憶ステップと、
ウエーハの表面に保護部材を配設する表面保護ステップと、
該チャックテーブルでウエーハの該保護部材が配設された側を吸引保持する保持ステップと、
該研削手段を研削送りして該チャックテーブルで保持されたウエーハの裏面を研削するとともに、研削中の該モータの負荷電流値を計測する裏面研削・負荷電流値計測ステップと、
研削中の該モータの負荷電流値が該所定負荷電流値に達したか否かを判定する負荷電流値判定ステップと、
該モータの負荷電流値が該所定負荷電流値に達した際に研削送りを停止する研削送り停止ステップと、
を具備したことを特徴とするウエーハの研削方法。