JP4758222B2 - ウエーハの加工方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、分割されて多数の半導体チップに個片化される半導体ウエーハ（以下、「ウエーハ」と略称する）の裏面を研削して薄化するための研削装置に係り、特に、ウエーハの外周縁に肉厚の補強リブを残して研削加工を行う技術に関する。

ＩＣやＬＳＩ等のデバイスが表面に形成されたウエーハは、軽薄短小化の要請から可能な限り薄く形成することが要望されている。このため、従来においては、基板の裏面に研削加工を施して薄化することが行われている。薄化されたウエーハの裏面には、金属膜を真空蒸着などによって形成されることがあるが、ウエーハが約５０μｍとかなり薄いため、ハンドリング時などにウエーハが破損し易い。そこで、特許文献１や特許文献２に開示されているように、薄化のための研削加工の際に、ウエーハの外周縁に肉厚のリブを残して強度を付与する技術が提案されている。なお、以下の説明においては、そのようなウエーハを「たいこウエーハ」と称する。

特開２００４−２８１５５１号公報（要約書） 特開２００５−１２３４２５号公報（要約書）

ところで、たいこウエーハのデバイス領域やチップに個片化した後に破損などのトラブルを生じさせないためには、加工ダメージをウェーハに残さない工夫が必要である。このため、デバイス領域に対応する裏面を研削する際は、できるだけ砥粒径の小さな砥石にて仕上げる必要がある。しかしながら、微細な砥粒からなる砥石によってウェーハの元の厚みから研削加工した場合、加工に要する時間が長くなって生産性が低下するだけでなく、砥石のの磨耗が早く消耗工具費が高くなるという問題がある。よって本発明は、たいこウエーハの研削に際して加工速度を高めて生産性を向上させるとともに、消耗工具費を低減することができるウエーハの加工方法および装置を提供することを目的としている。

本発明は、表面に複数のデバイスが形成されたデバイス領域と、外周縁に内側よりも肉厚とされた補強リブ領域とを備えたウェーハの加工方法であって、ウェーハの表面側を研削装置の吸着テーブルに保持し、ウェーハの裏面全面を第１の砥石にて研削する第１研削工程と、第１の砥石よりも砥粒径が小さい第２の砥石を使用してウェーハの裏面全面を研削する第２研削工程と、第２の砥石とウェーハとを相対的に移動させてデバイス領域に対応するウェーハの裏面を研削し、補強リブ領域を残してウェーハを凹状に加工する第１凹状加工工程と、第２の砥石よりも砥粒径が小さい第３の砥石を使用してデバイス領域に対応するウェーハの裏面を研削し、補強リブ領域を残してウェーハをさらに凹状に加工する第２凹状加工工程とを備えたことを特徴としている。

また、本発明は、表面に複数のデバイスが形成されたデバイス領域と、外周縁に内側よりも肉厚とされた補強リブ領域とを備えたウェーハの加工装置であって、ウェーハの表面側を保持する吸着テーブルと、吸着テーブルの保持されたウエーハの裏面全面を研削する第１研削手段と、第１の砥石よりも砥粒径が小さい第２の砥石を備えてウェーハの裏面全面を研削する第２研削手段と、第２の砥石と前記ウェーハとを相対的に移動させることにより該第２の砥石をデバイス領域に対応する位置に移動させる移動手段と、第２の砥石よりも砥粒径が小さい第３の砥石を備えてデバイス領域に対応するウェーハの裏面を研削する第３研削手段とを備えたことを特徴としている。

本発明では、第１研削手段と第２研削手段とによってウエーハの裏面を所定の厚さまで研削した後、第２研削手段とウエーハとを相対移動させ、デバイス領域に対応するウェーハの裏面を研削して補強リブ領域を残してウェーハを凹状に加工する。したがって、第２研削手段の第２の砥石として中程度の細かさのものを用いることにより、第１凹状加工工程の加工速度を速くすることができる。次いで、第３研削手段によりデバイス領域に対応するウェーハの裏面を研削し、補強リブ領域を残してウェーハをさらに凹状に加工する。したがって、第３研削手段の第３の砥石として微細な砥粒からなるものを用いることにより、デバイス領域における加工ダメージを軽減することができる。また、第２の砥石の粒度を適宜選択することにより、第２研削手段の加工速度を損なうことなく補強リブ領域の仕上げを良好にすることができ、補強リブ領域の加工ダメージを軽減することができる。

ここで、第３研削手段の砥石には、カップホイールに装着するような砥石の他に、バフ研磨においてバフに含有させる粉末状の砥石も含まれる。すなわち、第３研削手段はバフ研磨装置であってもよい。また、研削および研磨は湿式および乾式のいずれであってもよい。さらに、第３研削手段によって補強リブ領域の仕上げ研削を行ってもよい。

本発明によれば、ウエーハの全体研削からデバイス領域の仕上げ研削までを３つの加工手段によって行い、それぞれに最適な仕事量を分担させることにより、全体としての加工効率を向上させることができる。したがって、たいこウエーハの研削に際して加工速度を高めて生産性を向上させるとともに、消耗工具費を低減することができる。

［１］実施形態の構成
以下、図１〜図４を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は実施形態の研削装置３０を示す平面図である。研削装置３０は、各種機構が搭載された基台３１を有している。この基台３１は水平な上面を備えた直方体状の部分を主体としており、長手方向の一端部（図１の上側の端部）と中間部に、上面に対して垂直に立つコラム３２を有している。図１では、基台３１の長手方向および幅方向を、それぞれＹ方向およびＸ方向で示している。基台３１の上面の、長手方向においてコラム３２で挟まれた区画が研削エリア３１Ａとされ、この反対側が、研削エリア３１Ａに研削前のウエーハ１（図２以降に図示）を供給し、かつ研削後のウエーハを洗浄し回収する供給・回収エリア３１Ｂとされている。

研削エリア３１Ａには、回転軸が上下方向と平行で上面が水平とされた円盤状のターンテーブル３３が回転自在に設けられている。このターンテーブル３３は、図示せぬ回転駆動機構によって図１中矢印Ｒ方向に回転させられる。そしてターンテーブル３３上の外周部には、回転軸がターンテーブル３３のそれと同一の上下方向に延び、上面が水平とされた複数（この場合は４つ）の円盤状のチャックテーブル（吸着テーブル）３４が、周方向に等間隔をおいて回転自在に設けられている。

チャックテーブル３４はウエーハ１を吸着、保持する真空チャック式である。チャックテーブル３４は、表裏面に通じる多数の細かな吸引孔を有しており、裏面側に配された図示せぬ真空装置を運転すると、ウエーハ１がチャックテーブル３４上に吸着、保持される。各チャックテーブル３４は、それぞれがターンテーブル３３内に設けられた図示せぬ回転駆動機構によって、一方向、または両方向に独自に回転させられる。

ターンテーブル３３が矢印Ｒ方向に回転して、図１に示すように２つのチャックテーブル３４がコラム３２側でＸ方向に並んだ状態において、それらチャックテーブル３４の直上には、ターンテーブル３３の回転方向上流側から順に、ウエーハ１の裏面の全面に対して粗研削する第１の研削ユニット（第１研削手段）４０Ａと、ウエーハ１の裏面の全面に対して中仕上げ研削をするとともに、デバイス領域に対応するウェーハ１の裏面を研削し、補強リブ領域を残してウェーハ１を凹状に加工する第２の研削ユニット（第２研削手段）４０Ｂとが、それぞれ配置されている。なお、以下の説明においては、第２研削ユニット４０Ｂによる上記一連の研削加工を中仕上げ研削と総称する。また、第２の研削ユニット４０Ｂの隣には、デバイス領域に対応するウェーハ１の裏面を研削し、補強リブ領域１ｂを残してウェーハ１をさらに凹状に本仕上げ研削する第３の研削ユニット（第３研削手段）４０Ｃが配置されている。

各チャックテーブル３４は、ターンテーブル３３の間欠的な回転によって、第１の研削ユニット４０Ａの下方である粗研削位置と、第２の研削ユニット４０Ｂの下方である中仕上げ研削位置と、第３の研削ユニット４０Ｃの下方である本仕上げ研削位置と、本仕上げ研削位置に隣接した供給・回収位置との４位置にそれぞれ位置付けられる。

図１に示すように、第１、第２研削ユニット４０Ａ，４０Ｂは、基台３１のコラム３２に上下方向に昇降自在に取り付けられ、ボールネジ、ボールナットおよびモータ等からなる昇降駆動機構５３によって昇降させられる。研削ユニット４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、円筒状のスピンドル４１の回転軸にホイールマウント４３を介して、多数のチップ状の砥石４４を保持する研削ホイール４５が取り付けられたものである。なお、図において符号４６はスピンドル４１の回転軸を回転させるモータである。

ホイールマウント４３の下面に固着されている砥石４４は、ダイヤモンド砥粒で構成されている。第１の研削ユニット４０Ａの砥石４４は粗研削用のものが用いられ、砥粒の粒径が例えば２０〜６０μｍ程度のものが使用される。また、第２の研削ユニット４０Ｂの砥石４４は、砥粒の粒径が例えば３〜６μｍ程度のものが用いられる。さらに、第３の研削ユニット４０Ｃの砥石４４は仕上げ研削用のものが用いられ、砥粒の粒径が例えば０μｍを超え３μｍ以下程度のものが用いられる。

研削ユニット４０ＡのＸＹ方向の位置は、回転軌跡における砥石４４の外側の縁が、粗研削位置に位置付けられたチャックテーブル３４の中心の直上にかかるように設定されている。この配置関係により、チャックテーブル３４とともにウエーハを回転させながら研削ホイール４５の砥石４４でウエーハを押圧すると、ウエーハの全面が研削される。なお、ウエーハの研削時には、ウエーハおよび研削ホイール４５に向けて図示せぬ研削液吐出ノズルから研削液が吐出される。

研削ユニット４０Ｂは、研削ユニット４０Ａとほぼ同等の構成を有しているが、コラム３２がガイドレール４２に支持され、図示せぬ駆動機構によりＸ方向へ移動自在である点で異なっている。研削ユニット４０Ｃは、コラム３２に対してＸ方向へ移動可能なスライドユニット５７に支持されることでＸ方向へ移動可能であり、スライドユニット５７に対して上下方向に昇降自在とされている。研削ユニット４０ＣのＸ方向の移動機構は、研削ユニット４０Ｂのようなガイドレール４２にコラム３２を支持した構成を採用することもできる。また、研削ユニット４０ＢのＸ方向の移動機構は、研削ユニット４０Ｃのようなスライドユニット５７を用いた構成を採用することもできる。

ここで、研削ユニット４０Ｂ，４０Ｃの砥石４４の回転直径（以下、「砥石径」と称する）は、ウエーハ１のデバイス領域を未研削部を生じることなく研削するために、ウエーハ１の直径のほぼ半分とされている。ただし、第３研削ユニット４０Ｃにバフ研磨を採用する場合には、そのバフ径は補強リブ１ｂの内径に相当する値以下であればよい。なお、研削ユニット４０Ａの砥石径はウエーハ１の半径以上であればよい。

次に、供給・回収エリア３１Ｂについて説明する。
供給・回収エリア３１Ｂの右側には、３節リンク式の移送ロボット６０が設置されている。移送ロボット６０は、ガイドレール６３に沿ってＸ方向に移動可能であり、そのロボットハンド６４は、図示しない駆動機構により上下方向に移動可能である。そしてこの移送ロボット６０の周囲には、上から見た状態で反時計回りに、スピンナ式の洗浄装置６５、位置合わせ台６２、供給・回収カセット６１，６１がそれぞれ配置されている。なお、図１および図３において符号６７は、供給・回収カセット６１をセットするための台である。

移送ロボット６０は、ウエーハを供給・回収カセット６１から取り出して位置合わせ台６２に載置するとともに、洗浄装置６５内にあるウエーハ１を供給・回収カセット６１に収容する。位置合わせ台６２および洗浄装置６５の上方には、搬送パッド６６がＸ，Ｙ方向および上下方向へ移動可能に配置されている。この搬送パッド６６は、位置合わせ台６２上のウエーハ１を供給・回収位置にあるチャックテーブル３４上に載置し、チャックテーブル３４上のウエーハ１を洗浄装置６５に収容する。

［２］実施形態の動作
表面に半導体デバイスを形成したウェーハ１の表面に保護テープを貼る。これは７０〜２００μｍ程度の厚みのポリオレフィンなどのやわらかい基材フィルムの片面に、５〜２０μｍ程度の粘着材を塗布したもので、その粘着材を塗布した面とウェーハ１の表面とが相対するように貼る。後の工程によってはこのテープを耐熱性能を有するものとしなければならない場合もある。この表面に保護テープを貼ったウェーハ１を供給・回収カセット６１に収納し、研削装置３０の台６７に載置する。次いで、移送ロボット６０が供給・回収カセット６１内のウェーハ１の直下に進入し、真空吸着によりウェーハ１を吸着しウェーハカセットより引き出す。移送ロボット６０によって供給・回収カセット６１内から１枚のウエーハ１が取り出されると、そのウエーハ１は反転されて裏面を上に向けた状態で位置合わせ台６２上に載置され、ここで一定の位置に決められる。次いでウエーハ１は、搬送パッド６６によって位置合わせ台６２から吸着されて取り上げられ、供給・回収位置で待機しているチャックテーブル３４上に載置される。

チャックテーブル３４にウエーハ１が載置されると同時に真空装置が作動してウエーハ１を吸着する。その状態でターンテーブル３３が図１の矢印Ｒ方向に回転し、ウエーハ１を保持したチャックテーブル３４が粗研削位置に停止する。この時、供給・回収位置には、次のチャックテーブル３４が位置付けられ、そのチャックテーブル３４には上記のようにして次に研削加工を行うウエーハ１がセットされる。そして、粗研削位置のチャックテーブル３４を回転させてウエーハ１を回転させ、一方、粗研削用の研削ユニット４０Ａの研削ホイール４５を回転させながら所定速度でゆっくり下降させて砥石４４をウエーハ１の裏面に押圧し、粗研削を行う。この粗研削では、図２（Ｃ）中斜線で示す部分を研削する。

続いて、粗研削を終えたウエーハ１は、ターンテーブル３３をＲ方向に回転させることによって中仕上げ研削位置に移送され、ここで、上記と同様にしてチャックテーブル３４を回転させるとともに中仕上げ研削用の第２の研削ユニット４０Ｂを用いることにより、ウエーハの裏面がさらに研削される。図３（Ｄ）に第２の研削ユニット４０Ｂの砥石径Ｏを示す。例えばウエーハ１の直径が２００ｍｍであれば、砥石径Ｏは１００ｍｍとされる。図３（Ｄ）において実線の砥石径Ｏは、ウエーハ１の中心Ｃと外周縁を通っている。この状態で研削ユニット４０Ｂによるウエーハ１の裏面の全面の研削加工を行う。そして、ウエーハ１を所定の厚さまで研削したら、研削ユニット４０Ｂの下方への送りを停止し、研削ユニット４０ＢをＸ方向へ移動させて図中破線で示す砥石径Ｏの位置とする。この場合において、砥石４４の幅よりも小さい寸法だけ砥石径Ｏがずれるのであれば、未研削エリアが形成されることはない。次いで、研削ユニット４０Ｂを下方へ送り、ウエーハ１のデバイス領域１ａへの研削を行う。これにより、ウエーハ１は凹状に加工され、ウエーハ１の外縁部に内側よりも厚さの厚い補強リブ１ｂが形成される。

なお、上記の動作と連動して、予め供給・回収位置でセットされたウエーハ１は、粗研削位置に移送され、このウエーハ１は先行する中仕上げ研削と並行して上記と同様に粗研削される。さらに、供給・回収位置に移動させられたチャックテーブル３４上には、次に処理すべきウエーハ１がセットされる。

続いて、中仕上げ研削を終えたウエーハ１は、ターンテーブル３３をＲ方向に回転させることによって本仕上げ研削位置に移送される。第３の研削ユニット４０Ｃの砥石径は、ウエーハ１の直径の半分とされ、図３（Ｄ）の破線で示す位置に配置される。そして、上記と同様にしてチャックテーブル３４を回転させるとともに第３の研削ユニット４０Ｃを用いることにより、ウエーハ１のデバイス領域１ａが研削される。なお、本実施形態では本仕上げ研削は湿式にて行うが、これに限らず乾式で行ってもよい。また、砥石４４を使用せずにバフ研磨を行ってもよい。

並行して行っていた粗研削と中仕上げ研削および本仕上げ研削をともに終えたら、ターンテーブル３３を回転させて本仕上げ研削が終了したウエーハ１を供給・回収位置まで移送する。これにより、後続のウエーハ１は粗研削位置と中仕上げ研削位置および本仕上げ研削位置にそれぞれ移送される。供給・回収位置に位置付けられたチャックテーブル３４上のウエーハ１は搬送パッド６６によって洗浄装置６５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置６５で洗浄処理されたウエーハは移送ロボット６０によって供給・回収カセット６１内に移送、収容される。

本実施形態では、第２の研削ユニット４０Ｂによって中仕上げ研削、つまりウエーハ１の裏面の全面研削とデバイス領域１ｂの研削を行うから、デバイス領域１ｂをかなりの薄さまで高速で加工することができる。たとえば、上記実施形態での研削量は、第２、第３の研削ユニット４０Ｂ，４０Ｃの砥石４４の粒度によって決まるそれぞれの研削速度の差から最適値が導き出される。すなわち、毎秒０．５μｍの速度で加工できる第２の研削ユニット４０Ｂと、毎秒０．７μｍの速度で加工できる第３の研削ユニット４０Ｃの加工所要時間に偏りがないようにセッティングすることで、複数のウェーハ１を連続加工した時のタクトタイム（加工完了の間隔時間）を短縮することができる。

従来は第２の研削ユニット４０Ｂにてウェーハ１の裏面全面の仕上げ研削を完了すると、デバイス領域１ｂ（凹部）の加工はすべて第３の研削ユニット４０Ｃにて実施していた。そのため第３の研削ユニット４０Ｃでの加工時間が約５３０秒で、ここがボトルネックとなってタクトタイムを決めていた。そこで、デバイス領域１ｂの加工を第２の研削ユニット４０Ｂにも分担させることで、第２の研削ユニット４０Ｂによる裏面全面加工の所要時間とデバイス領域１ｂの加工の所要時間の合計と、第３の研削ユニット４０Ｃによるデバイス領域１ｂの加工の所要時間をほぼ同じにし、これによって、タクトタイムを短縮することができる。そして、第２の研削ユニット４０Ｂによるそのような加工を可能としたのは、第２の研削ユニット４０ＢをＸ方向へ移動自在とした構成である。このように、上記実施形態では、ウエーハ１の全体研削からデバイス領域１ｂの本仕上げ研削までを３つの研削ユニット４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃによって行い、それぞれに最適な仕事量を分担させることにより、全体としての加工効率を向上させることができる。したがって、たいこウエーハの研削に際して加工速度を高めて生産性を向上させるとともに、消耗工具費を低減することができる。

本発明の一実施形態による研削装置の平面図である。 （Ａ）は第１の研削ユニットの研削ホイールを示す平面図、（Ｂ）はその側面図であり、（Ｃ）は加工されたウエーハを示す側面図である。 （Ａ）は第２の研削ユニットの研削ホイールを示す平面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は加工されたウエーハを示す側面図、（Ｄ）は砥石径のウエーハに対する位置を示す平面図である。 （Ａ）は第３の研削ユニットの研削ホイールを示す平面図、（Ｂ）はその側面図であり、（Ｃ）は加工されたウエーハを示す側面図である。

符号の説明

１…ウエーハ、１ａ…デバイス領域、１ｂ…補強リブ、
３０…研削装置、３４…チャックテーブル（吸着テーブル）、
４０Ａ…第１の研削ユニット（第１研削手段）、
４０Ｂ…第２の研削ユニット（第２研削手段）、
４０Ｃ…第３の研削ユニット（第３研削手段）、
４４…砥石。

Claims (2)

1. 表面に複数のデバイスが形成されたデバイス領域と、外周縁に内側よりも肉厚とされた補強リブ領域とを備えたウェーハの加工方法であって、
   ウェーハの表面側を研削装置の吸着テーブルに保持し、ウェーハの裏面全面を第１の砥石にて研削する第１研削工程と、
   前記第１の砥石よりも砥粒径が小さい第２の砥石を使用して前記ウェーハの裏面全面を研削する第２研削工程と、
   前記第２の砥石と前記ウェーハとを相対的に移動させて前記デバイス領域に対応するウェーハの裏面を研削し、前記補強リブ領域を残してウェーハを凹状に加工する第１凹状加工工程と、
   前記第２の砥石よりも砥粒径が小さい第３の砥石を使用して前記デバイス領域に対応するウェーハの裏面を研削し、前記補強リブ領域を残して前記ウェーハをさらに凹状に加工する第２凹状加工工程と、
   を備えたことを特徴とするウェーハの加工方法。
2. 表面に複数のデバイスが形成されたデバイス領域と、外周縁に内側よりも肉厚とされた補強リブ領域とを備えたウェーハの加工装置であって、
   ウェーハの表面側を保持する吸着テーブルと、
   前記吸着テーブルの保持された前記ウエーハの裏面全面を研削する第１研削手段と、
   前記第１の砥石よりも砥粒径が小さい第２の砥石を備えて前記ウェーハの裏面全面を研削する第２研削手段と、
   前記第２の砥石と前記ウェーハとを相対的に移動させることにより該第２の砥石を前記デバイス領域に対応する位置に移動させる移動手段と、
   前記第２の砥石よりも砥粒径が小さい第３の砥石を備えて前記デバイス領域に対応するウェーハの裏面を研削する第３研削手段と、
   を備えたことを特徴とするウェーハの加工装置。

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