JP4986568B2

JP4986568B2 - ウエーハの研削加工方法

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Inventors: 真司吉田; 修長井
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Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハを裏面研削して薄化する方法であって、特に、表面にデバイスが形成されている領域に対応する領域のみを研削してウエーハを断面凹状に形成する技術に関する。

各種電子機器等に用いられる半導体チップは、一般に、円盤状の半導体ウエーハの表面に分割予定ラインで格子状の矩形領域を区画し、これら領域の表面にＩＣやＬＳＩ等の電子回路を形成してから、裏面を研削して全体を薄化した後、分割予定ラインに沿って分割するといった方法で製造される。裏面研削による薄化は、通常、真空チャック式のチャックテーブル上に、研削する裏面を露出させて半導体ウエーハを吸着、保持し、研削用の砥石を回転させながら半導体ウエーハの裏面に押し付けるといった方法で行われている。

ところで、近年の電子機器の小型化・薄型化は顕著であり、これに伴って半導体チップもより薄いものが求められ、これは半導体ウエーハを従来よりも薄くする必要が生じるということになる。ところが、半導体ウエーハを薄くすると剛性が低下するため、その薄化後の工程でのハンドリングが困難になったり割れやすくなったりする問題が生じる。

そこで、半導体チップが形成された円形のデバイス領域のみを裏面側から研削して薄化し、その周囲の環状の外周余剰領域は元の厚さを残して裏面側に突出する環状凸部を形成して、ウエーハ全体を裏面側がへこんだ断面凹状に加工することが行われている（特許文献１，２等参照）。このような半導体ウエーハは、環状凸部が補強部となって剛性が確保されるので、ハンドリングしやすくなり、また、割れにくいものとなる。

特開２００４−２８１５５１公報特開２００５−１２３４２５公報

ウエーハ裏面に凹部を形成する研削加工は、例えば、仕上げ研削用である♯２０００以上の砥粒を含むハイメッシュ砥石を用いて行うと、凹部内面である被研削面には、抗折強度を低下させる機械的ダメージ層を低レベルに抑えることができ、また、凹部底面と同時に環状凸部の内周側面も研削されるので１回の研削工程で済むといった利点がある。図１０（ａ）は、この方法により裏面のデバイス形成領域に対応する領域に凹部を形成する方法を示している。この場合、ウエーハ１の裏面（図で上面）が、高速で回転する研削ホイール１００に固着された仕上げ研削用の砥石１０１で研削されることにより凹部１Ａが形成され、デバイス形成領域の周囲に、裏面側に突出する環状凸部５Ａが形成される。しかしながらこの方法では、仕上げ研削用の砥石１０１で初めから研削するため、凹部１Ａを形成し得る研削量に対して研削能力は劣り、このため、加工時間が長くなり効率的ではなかった。

また、図示するように、研削負荷が多大であるため砥石１０１の外周側の角がとれて丸くなり、凹部底面４ａと環状凸部５Ａの内周側面５Ｂとで形成される内隅角部がＲ状に研削される。このため、デバイス形成領域の“ＮＧ”で示す最外周部分が目的厚さにならず、実質的なデバイス形成領域の面積が減少し、半導体チップを取得可能な個数が減少してしまうといったことが起こる。この問題は、図１０（ｂ）に示すように角が丸くなった砥石１０１をドレッシングして角を直角に形成し直せば解決するが、ドレッシングが必要となることから結果として生産性の劣化や砥石寿命の短命化を招くことになる。

そこで、例えば♯３２０〜♯６００程度の砥粒を含む粗研削用の砥石で裏面研削することにより凹部を形成し、次いで仕上げ研削用の砥石で仕上げ研削を施すといった２段階研削方法が、工程は増えるものの加工時間は短縮されるため有効とされた。しかしながらこの方法では、粗研削に形成された凹部の形状や寸法に合わせて仕上げ研削用の砥石を環状凸部の内周側面に位置決めすることが困難であり、また、その内周側面へ向けての砥石の横移動を微調整しながら行うといった技術も確立していなかったため、図１０（ｃ）に示すように、仕上げ研削は凹部１Ａの底面４ａのみに対して施している。同図の破線は、粗研削で形成された凹部１Ａの底面を示している。このように凹部１Ａの底面４ａのみに仕上げ研削するということは、底面４ａの最外周部分が仕上げ研削されず、したがってその未研削部分“ＮＧ”によってデバイス形成領域が狭まり、この場合にも半導体チップを取得可能な個数が減少してしまうといったことが起こる。

よって本発明は、粗研削後に仕上げ研削を施す２段階研削によって凹部を形成する裏面研削を行うにあたり、仕上げ研削後もデバイス形成領域の当初の面積を確保することができ、半導体チップの取得数の減少を招くことなく、効率的に研削加工を実施することができるウエーハの研削加工方法を提供することを目的としている。

本発明は、複数のデバイスが表面に形成されたデバイス形成領域を有するウエーハの研削加工方法であって、該ウエーハを、裏面が露出する状態で回転可能なチャックテーブル上に保持し、該裏面のデバイス形成領域に対応する領域を、環状、もしくは環状に配列された回転式の第１の砥石により研削して、ウエーハの裏面側に凹部を形成することで、デバイス形成領域の周囲に裏面側に突出する環状凸部を形成する第１研削工程と、環状、もしくは環状に配列された回転式の砥石であって、前記第１の砥石よりも砥粒径が小さく、かつ、刃先が、回転するウエーハの回転中心を通過し、かつ、凹部の内面である環状凸部の内周側面よりも外周側に位置し、該刃先全面が該環状凸部の上面に接触する研削外径を有する第２の砥石によって、凹部の内面である環状凸部の内周側面を研削し、この後、該凹部の内面である該凹部の底面を研削する第２研削工程とを備えることを特徴としている。
また、本発明は、複数のデバイスが表面に形成されたデバイス形成領域を有するウエーハの研削加工方法であって、該ウエーハを、裏面が露出する状態で回転可能なチャックテーブル上に保持し、該裏面のデバイス形成領域に対応する領域を、環状、もしくは環状に配列された回転式の第１の砥石により研削して、ウエーハの裏面側に凹部を形成することで、デバイス形成領域の周囲に裏面側に突出する環状凸部を形成する第１研削工程と、環状、もしくは環状に配列された回転式の砥石であって、第１の砥石よりも砥粒径が小さく、かつ、刃先が、回転するウエーハの回転中心を通過し、かつ、凹部の内面である環状凸部の内周側面よりも外周側に位置し、該刃先全面が該環状凸部の上面に接触する研削外径を有する第２の砥石によって、凹部の内面である該凹部の底面を研削し、この後、該凹部の内面である環状凸部の内周側面を、該第２の砥石を該凹部の底面に沿って相対移動させることにより研削する第２研削工程とを備えることを特徴としている。

本発明の研削加工方法では、ウエーハを裏面研削するにあたり、第１研削工程においては総研削量のうちのほとんどの量を研削し、第２研削工程では残りの僅かな量を研削して平坦に仕上げるものとする。したがって、第１研削工程で用いる第１の砥石の粒度は比較的粗く、第２研削工程で用いる第２の砥石は粒度の細かい仕上げ研削用のものが用いられる。そして、はじめの第１研削工程ではウエーハ裏面のデバイス形成領域に対応する領域のみを研削して、デバイス形成領域の周囲部分は研削せず環状凸部として残し、次の第２研削工程では、凹部の内面全面、すなわち凹部の底面および環状凸部の内周側面を研削する。

第２研削工程での凹部内面の研削は、先に環状凸部の内周側面を研削し、この後、凹部の底面を研削するといったように、底面と内周側面とを別々に研削する方法がある。なお、研削順序はこの逆でもよく、すなわち先に凹部の底面を研削し、この後、環状凸部の内周側面を研削する方法を採用することもできる。

本発明によれば、第１研削工程での粗研削による凹部を形成した後、第２研削工程で凹部内面を仕上げ研削するといった２段階研削によって、凹部内面全面を、機械的ダメージ層が低レベルで平坦な面に加工することを効率的に行うことができる。そして、凹部の底面とともに環状凸部の内周側面を適確に仕上げ研削することにより、デバイス形成領域の最外周部分も均一厚さを確保してデバイス形成領域の減少、ならびにこれに伴うデバイスの取得個数の減少を防ぐことができる。

本発明によれば、凹部形成による裏面研削の効率化とデバイス形成領域の確保を両立させることができ、その結果、生産性の向上を図ることができるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］半導体ウエーハ
図１の符号１は、一実施形態のウエーハ研削加工方法によって裏面が研削されて薄化される円盤状の半導体ウエーハ（以下ウエーハと略称）を示している。このウエーハ１はシリコンウエーハ等であって、加工前の厚さは例えば６００〜７００μｍ程度である。ウエーハ１の表面には、格子状の分割予定ライン２によって複数の矩形状の半導体チップ（デバイス）３が区画されており、これら半導体チップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。

複数の半導体チップ３は、ウエーハ１と同心の概ね円形状のデバイス形成領域４に形成されている。デバイス形成領域４はウエーハ１の大部分を占めており、このデバイス形成領域４の周囲のウエーハ外周部が、半導体チップ３が形成されない環状の外周余剰領域５とされている。また、ウエーハ１の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状の切欠き（ノッチ）６が形成されている。このノッチ６は、外周余剰領域５内に形成されている。ウエーハ１は、最終的には分割予定ライン２に沿って切断、分割され、複数の半導体チップ３に個片化される。本実施形態に係るウエーハ研削加工方法は、半導体チップ３に個片化する前の段階でウエーハ１の裏面におけるデバイス形成領域４に対応する領域を研削して薄化する方法である。

ウエーハ１を裏面研削する際には、電子回路を保護するなどの目的で、図１に示すように電子回路が形成された側の表面に保護テープ７が貼着される。保護テープ７は、例えば厚さ７０〜２００μｍ程度のポリオレフィン等の柔らかい樹脂製基材シートの片面に５〜２０μｍ程度の粘着剤を塗布した構成のものが用いられ、粘着剤をウエーハ１の裏面に合わせて貼り付けられる。

［２］ウエーハ研削加工装置の構成
続いて、本実施形態の方法を好適に実施し得るウエーハ研削加工装置を説明する。
図２は、ウエーハ研削加工装置１０の全体を示しており、このウエーハ研削加工装置１０は、上面が水平とされた直方体状の基台１１を備えている。図２では、基台１１の長手方向、長手方向に直交する水平な幅方向および鉛直方向を、それぞれＹ方向、Ｘ方向およびＺ方向で示している。基台１１のＹ方向一端部には、Ｘ方向（ここでは左右方向とする）に並ぶ一対のコラム１２，１３が立設されている。基台１１上には、Ｙ方向のコラム１２，１３側にウエーハ１を研削加工する加工エリア１１Ａが設けられ、コラム１２，１３とは反対側に、加工エリア１１Ａに加工前のウエーハ１を供給し、かつ、加工後のウエーハ１を回収する着脱エリア１１Ｂが設けられている。

加工エリア１１Ａには、回転軸がＺ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２０が回転自在に設けられている。このターンテーブル２０は、図示せぬ回転駆動機構によって矢印Ｒ方向に回転させられる。ターンテーブル２０上の外周部には、回転軸がＺ方向と平行で、上面が水平とされた複数の円盤状のチャックテーブル３０が、周方向に等間隔をおいて回転自在に配置されている。

これらチャックテーブル３０は一般周知の真空チャック式であり、上面に載置されるウエーハ１を吸着、保持する。図３および図４に示すように、各チャックテーブル３０は、円盤状の枠体３１の上面中央部に、多孔質のセラミックス材からなる円形の吸着エリア３２が設けられた構成である。吸着エリア３２の周囲に枠体３１の環状の上面３１ａが形成されており、この上面３１ａと、吸着エリア３２の上面３２ａは、ともに水平で、かつ互いに平坦な同一平面（チャックテーブル上面３０Ａ）をなしている。各チャックテーブル３０は、それぞれがターンテーブル２０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すなわち自転するようになっており、ターンテーブル２０が回転すると公転の状態になる。

図２に示すように２つのチャックテーブル３０がコラム１２、１３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３０の直上には、ターンテーブル２０の回転方向上流側から順に、粗研削ユニット４０Ａと、仕上げ研削ユニット４０Ｂとが、それぞれ配されている。各チャックテーブル３０は、ターンテーブル２０の間欠的な回転によって、粗研削ユニット４０Ａの下方である粗研削位置と、仕上げ研削ユニット４０Ｂの下方である仕上げ研削位置と、着脱エリア１１Ｂに最も近付いた着脱位置との３位置にそれぞれ位置付けられるようになっている。

粗研削ユニット４０Ａおよび仕上げ研削ユニット４０Ｂは、コラム（粗研削側コラム１２、仕上げ研削側コラム１３）にそれぞれ取り付けられている。これらコラム１２，１３に対する粗研削ユニット４０Ａおよび仕上げ研削ユニット４０Ｂの取付構造は同一であってＸ方向で左右対称となっている。そこで、図２を参照し、仕上げ研削側を代表させてその取付構造を説明する。

仕上げ研削側コラム１３の加工エリア１１Ａに面する前面１３ａは、基台１１の上面に対しては垂直面であるが、Ｘ方向の中央から端部に向かうにしたがって奥側（反着脱エリア１１Ｂ側）に所定角度で斜めに後退したテーパ面に形成されている。このテーパ面１３ａ（粗研削側のコラム１２ではテーパ面１２ａ）の水平方向すなわちテーパ方向は、仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線に対して平行になるように設定されている。そしてこのテーパ面１３ａには、Ｘ軸送り機構５０を介してＸ軸スライダ５５が取り付けられ、さらにＸ軸スライダ５５にはＺ軸送り機構６０を介してＺ軸スライダ６５が取り付けられている。

Ｘ軸送り機構５０は、テーパ面１３ａ（１２ａ）に固定された上下一対のガイドレール５１と、これらガイドレール５１の間に配されてＸ軸スライダ５５に螺合して貫通する図示せぬねじロッドと、このねじロッドを正逆回転させるモータ５３とから構成される。ガイドレール５１およびねじロッドはいずれもテーパ面１３ａ（１２ａ）のテーパ方向と平行に延びており、Ｘ軸スライダ５５はガイドレール５１に摺動自在に装着されている。Ｘ軸スライダ５５は、モータ５３で回転するねじロッドの動力が伝わりガイドレール５１に沿って往復移動するようになっている。Ｘ軸スライダ５５の往復方向は、ガイドレール５１の延びる方向、すなわちテーパ面１３ａ（１２ａ）のテーパ方向と平行である。

Ｘ軸スライダ５５の前面はＸ・Ｚ方向に沿った面であり、その前面に、Ｚ軸送り機構６０が設けられている。Ｚ軸送り機構６０は、Ｘ軸送り機構５０の送り方向をＺ方向に変更させた構成であって、Ｘ軸スライダ５５の前面に固定されたＺ方向に延びる左右一対（図２では右側の１つしか見えない）のガイドレール６１と、これらガイドレール６１の間に配されてＺ軸スライダ６５に螺合して貫通するＺ方向に延びるねじロッド６２と、このねじロッド６２を正逆回転させるモータ６３とから構成される。Ｚ軸スライダ６５は、ガイドレール６１に摺動自在に装着されており、モータ６３で回転するねじロッド６２の動力によりガイドレール６１に沿って昇降するようになっている。

粗研削側コラム１２の加工エリア１１Ａに面する前面１２ａは、仕上げ研削側コラム１３と左右対称的に、Ｘ方向の中央から端部に向かうにしたがって所定角度で斜めに後退したテーパ面に形成され、このテーパ面１２ａに、Ｘ軸送り機構５０を介してＸ軸スライダ５５が取り付けられ、さらにＸ軸スライダ５５にはＺ軸送り機構６０を介してＺ軸スライダ６５が取り付けられている。粗研削側コラム１２のテーパ面１２ａのテーパ方向は、粗研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線と平行になるように設定されている。

粗研削側コラム１２および仕上げ研削側コラム１３に取り付けられた各Ｚ軸スライダ６５には、上記粗研削ユニット４０Ａおよび仕上げ研削ユニット４０Ｂがそれぞれ固定されている。

粗研削ユニット４０Ａは、図３に示すように、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング４１と、このスピンドルハウジング４１内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドルシャフト４２と、スピンドルハウジング４１の上端部に固定されてスピンドルシャフト４２を回転駆動するモータ４３と、スピンドルシャフト４２の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ４４とを具備している。そしてフランジ４４には、粗研削砥石ホイール４５がねじ止め等の手段によって着脱自在に取り付けられている。

粗研削砥石ホイール４５は、円環状で下面が円錐状に形成されたフレーム４５ａの下端面に、該下端面の外周部全周にわたって複数の粗研削用の砥石（第１の砥石）４５ｂが環状に配列されて固着されたものである。砥石４５ｂは、ビトリファイドと呼ばれるガラス質の焼結材料にダイヤモンド砥粒を混ぜて焼成したものなどが用いられ、例えば♯３２０〜♯４００の砥粒を含むものが好適とされる。

粗研削砥石ホイール４５の研削外径、すなわち環状に配列された複数の砥石４５ｂの外周縁の直径は、ウエーハ１の半径と同等以下に設定されている。これは、砥石４５ｂの下端面である刃先が、回転するチャックテーブル３０上に同心状に保持されたウエーハ１の回転中心を通過し、かつ、その刃先の外周縁がデバイス形成領域４の外周縁（デバイス形成領域４と外周余剰領域５との境界）に一致して通過し、デバイス形成領域４に対応する領域のみを研削して、図６に示す凹部１Ａを形成可能とするための寸法設定である。

一方、仕上げ研削ユニット４０Ｂは、粗研削ユニット４０Ａと同様の構成であって、図４に示すように、スピンドルハウジング４１、スピンドルシャフト４２、モータ４３およびフランジ４４を具備しており、フランジ４４には、仕上げ研削砥石ホイール４６が着脱自在に取り付けられている。仕上げ研削砥石ホイール４６は、粗研削砥石ホイール４５のフレーム４５ａと同様のフレーム４６ａの下面に、該下面の外周部全周にわたって複数の仕上げ研削用の砥石（第２の砥石）４６ｂが環状に配列されて固着されたものである。仕上げ研削用の砥石４６ｂは粗研削用の砥石４５ｂよりも粒度が細かい砥粒を含んでおり、例えば♯２０００〜♯８０００の砥粒を含むものが好適とされる。

仕上げ研削砥石ホイール４６の研削外径は、ウエーハ１の半径と略同等であって、粗研削砥石ホイール４５の研削外径と同等以上であることが必要とされる。これは、砥石４６ｂの刃先が、回転するチャックテーブル３０上に同心状に保持されたウエーハ１の回転中心を通過し、かつ、砥石４６ｂが、図６に示す環状凸部５Ａの内周側面５Ｂを研削可能とするための寸法設定である。図７（ａ）に示すように砥石４６ｂの幅（径方向の長さ）が内周側面５Ｂよりも外周側に位置し、砥石４６ｂの刃先全面が環状凸部５Ａの上面に接触する寸法がよい。

粗研削ユニット４０Ａは、粗研削砥石ホイール４５の回転中心（スピンドルシャフト４２の軸心）が、粗研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線の直上に存在するように位置設定がなされている。粗研削ユニット４０Ａは、Ｚ軸スライダ６５の往復移動に伴い、コラム１２のテーパ面１２ａのテーパ方向に沿って往復移動する。したがって、その往復移動の際には、粗研削砥石ホイール４５の回転中心が、粗研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線の直上において往復移動するようになっている。以下、この往復移動の方向を、チャックテーブル３０とターンテーブル２０の軸間の方向であることから「軸間方向」と称する。

上記位置設定は仕上げ研削ユニット４０Ｂ側も同様であって、仕上げ研削ユニット４０Ｂの仕上げ研削砥石ホイール４６の回転中心は、仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線の直上に存在しており、仕上げ研削ユニット４０ＢがＺ軸スライダ６５とＸ軸スライダ５５とともにコラム１３のテーパ面１３ａのテーパ方向に沿って往復移動する際には、仕上げ研削砥石ホイール４６の回転中心が、仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線の直上において、その線の方向すなわち軸間方向に沿って往復移動するようになっている。

図２に示すように、基台１１上には、粗研削位置および仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０上の各ウエーハの厚さを測定する厚さ測定ゲージ２５が配設されている。これら厚さ測定ゲージ２５は、図３（ａ）および図４（ａ）に示すように、基準側ハイトゲージ２６とウエーハ側ハイトゲージ２７との組み合わせで構成される。基準側ハイトゲージ２６は、揺動する基準プローブ２６ａの先端が、ウエーハ１で覆われないチャックテーブル２０の枠体２１の上面２１ａに接触し、チャックテーブル上面２０Ａの高さ位置を検出するものである。

ウエーハ側ハイトゲージ２７は、揺動する変動プローブ２７ａの先端がチャックテーブル３０に保持されたウエーハ１の上面すなわち被研削面に接触することで、ウエーハ１の上面の高さ位置を検出するものである。厚さ測定ゲージ２５によれば、ウエーハ側ハイトゲージ２７の測定値から基準側ハイトゲージ２６の測定値を引いた値に基づいてウエーハ１の厚さが測定される。ウエーハ１が目標厚さ：ｔ１まで研削されるとすると、研削前において元の厚さ：ｔ２がまず測定され、（ｔ２−ｔ１）が研削量とされる。なお、ウエーハ側ハイトゲージ２７の変動プローブ２７ａが接触するウエーハ１の厚さ測定ポイントは、図３（ａ）および図４（ａ）の破線で示すようにウエーハ１の外周縁（デバイス形成領域４の外周縁）に近い外周部が好適である。

以上が基台１１上の加工エリア１１Ａに係る構成であり、次に、着脱エリア１１Ｂについて図２を参照して説明する。
着脱エリア１１Ｂの中央には、上下移動する２節リンク式のピックアップロボット７０が設置されている。そしてこのピックアップロボット７０の周囲には、上から見て反時計回りに、供給カセット７１、位置合わせ台７２、供給アーム７３、回収アーム７４、スピンナ式洗浄装置７５、回収カセット７６が、それぞれ配置されている。

カセット７１、位置合わせ台７２および供給アーム７３はウエーハ１をチャックテーブル３０に供給する手段であり、回収アーム７４、洗浄装置７５およびカセット７６は、裏面研削が終了したウエーハ１をチャックテーブル３０から回収して次工程に移すための手段である。カセット７１，７６は複数のウエーハ１を水平な姿勢で、かつ上下方向に一定間隔をおいて積層状態で収容するもので、基台１１上の所定位置にセットされる。

ピックアップロボット７０によって供給カセット７１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は保護テープ７が貼られていない裏面側を上に向けた状態で位置合わせ台７２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、供給アーム７３によって位置合わせ台７２から取り上げられ、着脱位置で待機しているチャックテーブル３０上に載置される。

一方、各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂによって裏面が研削され、着脱位置に位置付けられたチャックテーブル３０上のウエーハ１は回収アーム７４によって取り上げられ、洗浄装置７５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置７５で洗浄処理されたウエーハ１は、ピックアップロボット７０によって回収カセット７６内に移送、収容される。

［３］ウエーハ研削加工装置の動作
以上がウエーハ研削加工装置１０の構成であり、次に、このウエーハ研削加工装置１０によってウエーハ１の裏面を研削する動作を説明する。この動作は、本発明のウエーハの研削加工方法を含むものである。

まず、ピックアップロボット７０によって、供給カセット７１内に収容された１枚のウエーハ１が位置合わせ台７２に移されて位置決めされ、続いて供給アーム７３によって、着脱位置で待機し、かつ真空運転されているチャックテーブル３０上に裏面側を上に向けてウエーハ１が載置される。位置合わせ台７２で位置決めされたことにより、ウエーハ１はチャックテーブル３０に対して同心状に配置される。ウエーハ１は表面側の保護テープ７がチャックテーブル３０の上面に密着し、裏面が露出する状態でその上面に吸着、保持される。

次に、ターンテーブル２０が図２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３０が粗研削ユニット４０Ａの下方の粗研削位置に停止する。この時、着脱位置には、次のチャックテーブル３０が位置付けられ、そのチャックテーブル３０には上記のようにして次に研削するウエーハ１がセットされる。

粗研削位置に位置付けられたウエーハ１に対しては、厚さ測定ゲージ２５と粗研削ユニット４０Ａとが、次のようにセットされる。厚さ測定ゲージ２５は、基準側ハイトゲージ２６の基準プローブ２６ａの先端がチャックテーブル３０の枠体３１の上面３１ａに接触させられ、ウエーハ側ハイトゲージ２７の変動プローブ２７ａの先端が、チャックテーブル３０上に保持されたウエーハ１の上面であって、粗研削されるデバイス形成領域４に対応する領域に接触させられる。

粗研削ユニット４０Ａは、Ｘ軸送り機構５０によって軸間方向に適宜移動させられ、図３に示すように、ウエーハ１の裏面に対し、粗研削砥石ホイール４５が、砥石４５ｂの刃先がウエーハ１の回転中心付近とデバイス形成領域４の外周縁を通過する凹部形成位置に位置付けられる。凹部形成位置は、この場合、ウエーハ１の回転中心よりもターンテーブル２０の外周側となる。

ウエーハ裏面に形成する凹部１Ａ（図６参照）は、デバイス形成領域４に対応する領域であって、図５の円弧線１ａで描いた部分のように、ノッチ６を回避した円形の領域に調整される。凹部１Ａはウエーハ１に対して偏心しており、凹部１Ａの中心はノッチ６とは１８０°反対側に僅かにずれた位置にある。したがって凹部１Ａの形成によって凹部１Ａの周囲に形成される元の厚さが残る外周部分（図６の５Ａで示す環状凸部）の幅は、ノッチ６付近が最も広く、ノッチ６から最も離れた位置において最も狭いものとなる。

このようにノッチ６を回避して凹部１Ａを形成することにより、粗研削中においてノッチ６を起点とした欠けの発生を予防することができる。環状凸部５Ａの幅は、例えば２〜３ｍｍ程度とされ、図５に示すように凹部１Ａ（円弧線１ａに対応する）が偏心している場合には、ノッチ６付近で最大となる幅は３〜４ｍｍとなる。いずれにしろ環状凸部５Ａの幅は、ノッチ６を起点として欠けが発生しにくい程度であって、仕上げ研削時の負荷が大きくならない範囲で、なるべく狭い方が好ましい。

粗研削位置に位置付けられたウエーハ１に対して粗研削砥石ホイール４５を凹部形成位置に位置付けたら、次いで、チャックテーブル３０を回転させることによりウエーハ１を一方向に回転させるとともに、粗研削砥石ホイール４５を高速回転させながら粗研削ユニット４０ＡをＺ軸送り機構６０により下降させ、砥石４５ｂをウエーハ１の裏面に押し付ける。

これによりウエーハ１の裏面は、図５の円弧線１ａで描いた円形領域が研削されていき、図６に示すように研削領域が凹部１Ａに形成され、凹部１Ａの周囲の外周部には元の厚さが残った環状凸部５Ａが形成される。粗研削で研削されるデバイス形成領域４は、例えば最終仕上げ厚さ＋２０〜４０μｍ程度といった厚さまで薄化される（第１研削工程）。

研削量は厚さ測定ゲージ２５によって測定され、粗研削での目的研削量に至ったら、Ｚ軸送り機構６０による粗研削砥石ホイール４５の下降を停止し、一定時間そのまま粗研削砥石ホイール４５を回転させた後、粗研削ユニット４０Ａを上昇させて粗研削を終える。粗研削後のウエーハ１は、図６（ａ）に示すように、凹部１Ａの底面４ａに、多数の弧が放射状に描かれた模様を呈する研削条痕９ａが残留する。この研削条痕９ａは砥石４５ｂ中の砥粒による破砕加工の軌跡であり、マイクロクラック等を含む機械的ダメージ層である。

粗研削を終えたウエーハ１は、ターンテーブル２０をＲ方向に回転させることによって仕上げ研削ユニット４０Ｂの下方の仕上げ研削位置に移送される。そして、予め着脱位置のチャックテーブル３０に保持されていたウエーハ１は粗研削位置に移送され、このウエーハ１は先行する仕上げ研削と並行して上記粗研削が施される。さらに、着脱位置に移送させられたチャックテーブル３０上には、次に処理すべきウエーハ１がセットされる。

ウエーハ１が仕上げ研削位置に位置付けられたら、ウエーハ１に対しては、仕上げ研削側に配された厚さ測定ゲージ２５と、上方の仕上げ研削ユニット４０Ｂとが、次のようにセットされる。厚さ測定ゲージ２５は、基準側ハイトゲージ２６の基準プローブ２６ａの先端がチャックテーブル３０の枠体３１の上面３１ａに接触させられ、チャックテーブル３０上に接触させられ、ウエーハ側ハイトゲージ２７の変動プローブ２７ａの先端が、形成された凹部１Ａの底面４ａに接触させられる。

仕上げ研削ユニット４０Ｂは、Ｘ軸送り機構５０によって軸間方向に適宜移動させられ、仕上げ研削砥石ホイール４６の砥石４６ｂの刃先がウエーハ１の回転中心を通過し、かつ、図７（ａ）に示すように、砥石４６ｂが凹部１Ａの内周側面５Ｂよりも外周側に位置し、砥石４６ｂの刃先全面が環状凸部５Ａの上面に接触して内周側面５Ｂを研削可能な位置に位置付けられる。この内周側面研削可能位置も、ウエーハ１の回転中心よりもターンテーブル２０の外周側である。次いで、チャックテーブル３０を回転させることによりウエーハ１を一方向に回転させるとともに、仕上げ研削ユニット４０Ｂの仕上げ研削砥石ホイール４６を高速回転させながら、仕上げ研削ユニット４０ＢをＺ軸送り機構６０により下降させる。

仕上げ研削ユニット４０Ｂが下降すると、仕上げ研削砥石ホイール４６の砥石４６ｂは環状凸部５Ａの内周側の上面に押圧され、その部分の環状凸部５Ａが潰されるようにして内周側面５Ｂが研削されていく。仕上げ研削では、まずこのようにして内周側面５Ｂが研削され、内周側面５Ｂの全面が研削されたら、引き続き仕上げ研削ユニット４０Ｂを下降させ、凹部１Ａの底面４ａが研削される。目的とする仕上げ研削量、すなわち凹部１Ａの底面４ａからの研削量は、上述したように例えば２０〜４０μｍとされる（第２研削工程）。

凹部１Ａの底面４ａの研削量は厚さ測定ゲージ２５によって測定され、目的の仕上げ研削量まで達したことが確認されたら、Ｚ軸送り機構６０による仕上げ研削砥石ホイール４６の下降を停止し、一定時間そのまま仕上げ研削砥石ホイール４６を回転させた後、仕上げ研削ユニット４０Ｂを上昇させて仕上げ研削を終える。図７（ｂ）は仕上げ研削ユニット４０Ｂを上昇させる直前の状態を示しており、同図で破線は粗研削で形成された凹部１Ａ、すなわち仕上げ研削前の凹部１Ａを示している。仕上げ研削により、図６（ａ）に示した粗研削による研削条痕９ａは除去されるが、凹部１Ａの内面には、図４（ａ）に示すように仕上げ研削によって新たな研削条痕９ｂが残留する。

ここで、粗研削および仕上げ研削の好適な運転条件例を挙げておく。粗研削ユニット４０Ａおよび仕上げ研削ユニット４０Ｂとも、砥石ホイール４５，４６の回転速度は３０００〜５０００ｒｐｍ程度、チャックテーブル３０の回転速度は１００〜３００ｒｐｍ程度である。また、粗研削ユニット４０Ａの加工送り速度である下降速度は４〜６μｍ／秒とされる。一方、仕上げ研削ユニット４０Ｂの下降速度は、環状凸部５Ａを研削する工程では４〜６μｍ／秒、凹部１Ａの底面４ａを研削する最終段階では０．５μｍ／秒程度とされる。

並行して行っていた仕上げ研削と粗研削をともに終えたら、ターンテーブル２０をＲ方向に回転させ、仕上げ研削が終了したウエーハ１を着脱位置まで移送する。これにより、後続のウエーハ１は粗研削位置と仕上げ研削位置にそれぞれ移送される。着脱位置に位置付けられたチャックテーブル３０上のウエーハ１は回収アーム７４によって洗浄装置７５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置７５で洗浄処理されたウエーハ１は、ピックアップロボット７０によって回収カセット７６内に移送、収容される。

以上が１枚のウエーハ１の裏面に粗研削によって凹部１Ａを形成し、次いで凹部１Ａの内面を仕上げ研削して、デバイス形成領域４を所定厚さに薄化するサイクルである。本実施形態のウエーハ研削加工装置１０によれば、上記のようにターンテーブル２０を間欠的に回転させながら、ウエーハ１に対して粗研削位置で粗研削を、また、仕上げ研削位置で仕上げ研削を並行して行うことにより、複数のウエーハ１の研削処理を効率よく行うことができる。

本実施形態によれば、粗研削による凹部１Ａの形成後、凹部１Ａの内面を仕上げ研削するといった２段階研削によって、凹部１Ａの内面全面を、機械的ダメージ層が低レベルで平坦な面に加工することを効率的に行うことができる。仕上げ研削時においては、環状凸部５Ａの内周側の僅かな肉厚部分を研削するので、仕上げ研削用の砥石４６ｂを用いても研削負荷は大きいものではなく、したがって上記のように送り速度が４〜６μｍ／秒と粗研削と同等の速度で研削することができる。内周側面５Ｂを研削した後の底面４ａを研削する際には負荷が増大するので、上記のように送り速度は仕上げ研削に適した低速（０．５μｍ／秒程度）に調整される。

本実施形態では、図７に示したように、仕上げ研削の砥石４６ｂが凹部１Ａの内周側面５Ｂよりも外周側に位置する仕上げ研削砥石ホイール４６を用い、砥石４６ｂの刃先全面を環状凸部５Ａに押圧させて内周側面５Ｂを研削するので、砥石４６ｂの刃先に偏摩耗が生じることがなく、また、上記のように研削負荷は大きくない。このため、凹部１Ａの底面４ａと環状凸部５Ａの内周側面５Ｂとの内隅角部を直角に形成することができる。このため、デバイス形成領域４の全域を均一厚さに加工することができ、結果として半導体チップ３の取得個数が減少するといった不都合を防ぐことができる。

なお、図８に示すように、仕上げ研削用の砥石４６ｂの幅内に内周側面５Ｂがかかる状態でも内周側面５Ｂを研削することができるが、この場合には砥石４６ｂの外周側だけ摩耗するといった偏摩耗が生じ（図８（ｂ）で砥石４６ｂの空白部分が摩耗する）、砥石４６ｂの実質的な寿命が短縮することになるため好ましくない。

次に、図９を参照して仕上げ研削の他の実施形態を説明する。
この場合の仕上げ研削は、まず、図９（ａ）に示すように、砥石４６ｂを内周側面５Ｂから僅かに離間させて、先に凹部１Ａの底面４ａを研削する。先に仕上げ研削される底面４ａはほとんどの部分が研削されるが、最外周部分は研削されずに粗研削のまま段差状に残る。底面４ａの仕上げ研削が終了したら、仕上げ研削砥石ホイール４６およびチャックテーブル３０の回転と、研削ユニット４０のＺ方向の位置を保持したまま、図９（ｂ）に示すように研削ユニット３０をＸ軸送り機構５０によって内周側面５Ｂ方向に水平移動させ、砥石４６ｂの外周面を内周側面５Ｂに押圧させる。これにより、研削ユニット３０の移動によって段差状に残っていた底面４ａの最外周部分は研削されて底面４ａ全面が平坦に仕上げ研削される。また、砥石４６ｂの外周面が押圧された内周側面５Ｂも仕上げ研削される。

この実施形態の仕上げ研削は、研削ユニット３０の下降と水平移動の組み合わせにより、先に凹部１Ａの底面４ａを研削してから内周側面５Ｂを例えば１ｍｍ程度研削して凹部１Ａの内面全面を研削するといった方法である。本実施形態によっても上記実施形態と同様に、凹部１Ａの底面４ａと環状凸部５Ａの内周側面５Ｂとの内隅角部を直角に形成することができ、よって半導体チップ３の取得個数の減少を防ぐことができる。

なお、上記実施形態で示したウエーハ１には、結晶方位を示すマークとしてノッチ６が形成されているが、結晶方位マークとしては、図５に示すオリエンテーションフラット８が採用される場合もある。オリエンテーションフラット８はウエーハ１の外周縁の一部を接線方向に沿って直線的に切り欠いたものである。このようなオリエンテーションフラット８が形成されたウエーハ１には、オリエンテーションフラット８を回避して円弧線１ａより後退した円弧線１ｂで描いた部分に、凹部１Ａが形成される。オリエンテーションフラット８が形成されたウエーハにおいては、ノッチ６を形成した場合に比べて、形成される凹部１Ａは小さく、環状凸部５Ａの幅は、オリエンテーションフラット８付近では例えば２倍程度（例えば４〜８ｍｍ程度）と広くなる。

このように環状凸部５Ａの幅が比較的広くならざるを得ない場合には、仕上げ研削時に環状凸部５Ａの厚さを別個に測定することで、仕上げ研削の研削量をより正確に制御することが可能となる。しかしながら幅が広いので仕上げ研削時の負荷が増大し、また、粗研削用の砥石４５ｂの研削外径が小さくなるので消耗管理も繁雑になる可能性があるため、オリエンテーションフラット８を回避する後退量は適切な量とすることが求められる。

本発明の一実施形態に係るウエーハ研削加工方法によって裏面研削されて凹部が形成されるウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。本発明の一実施形態に係るウエーハ研削加工方法を好適に実施し得る研削加工装置の斜視図である。同装置が備える粗研削ユニットを示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。同装置が備える仕上げ研削ユニットを示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。粗研削工程でウエーハ裏面に形成する凹部の領域を示すウエーハ裏面図である。粗研削工程で裏面に凹部が形成されたウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。本発明の一実施形態の方法でウエーハの裏面研削を行い凹部内面を仕上げ研削する工程を示す断面図である。仕上げ研削用の砥石の配置が好ましくない例を示す断面図である。本発明の他の実施形態の方法でウエーハの裏面研削を行い凹部内面を仕上げ研削する工程を示す断面図である。従来のウエーハの裏面研削による凹部形成方法を示す断面図である。

符号の説明

１…半導体ウエーハ
１Ａ…凹部
３…半導体チップ（デバイス）
４…デバイス形成領域
４ａ…凹部の底面
５Ａ…環状凸部
５Ｂ…環状凸部の内周側面
１０…ウエーハ研削加工装置
３０…チャックテーブル
４０Ａ…粗研削ユニット
４０Ｂ…仕上げ研削ユニット
４５…粗研削砥石ホイール
４５ｂ…砥石（第１の砥石）
４６…仕上げ研削砥石ホイール
４６ｂ…砥石（第２の砥石）

Claims

複数のデバイスが表面に形成されたデバイス形成領域を有するウエーハの研削加工方法であって、
該ウエーハを、裏面が露出する状態で回転可能なチャックテーブル上に保持し、該裏面の前記デバイス形成領域に対応する領域を、環状、もしくは環状に配列された回転式の第１の砥石により研削して、ウエーハの裏面側に凹部を形成することで、デバイス形成領域の周囲に裏面側に突出する環状凸部を形成する第１研削工程と、
環状、もしくは環状に配列された回転式の砥石であって、前記第１の砥石よりも砥粒径が小さく、かつ、刃先が、回転するウエーハの回転中心を通過し、かつ、前記凹部の内面である前記環状凸部の内周側面よりも外周側に位置し、該刃先全面が該環状凸部の上面に接触する研削外径を有する第２の砥石によって、前記凹部の内面である前記環状凸部の内周側面を研削し、この後、該凹部の内面である該凹部の底面を研削する第２研削工程と
を備えることを特徴とするウエーハの研削加工方法。
複数のデバイスが表面に形成されたデバイス形成領域を有するウエーハの研削加工方法であって、
該ウエーハを、裏面が露出する状態で回転可能なチャックテーブル上に保持し、該裏面の前記デバイス形成領域に対応する領域を、環状、もしくは環状に配列された回転式の第１の砥石により研削して、ウエーハの裏面側に凹部を形成することで、デバイス形成領域の周囲に裏面側に突出する環状凸部を形成する第１研削工程と、
環状、もしくは環状に配列された回転式の砥石であって、前記第１の砥石よりも砥粒径が小さく、かつ、刃先が、回転するウエーハの回転中心を通過し、かつ、前記凹部の内面である前記環状凸部の内周側面よりも外周側に位置し、該刃先全面が該環状凸部の上面に接触する研削外径を有する第２の砥石によって、前記凹部の内面である該凹部の底面を研削し、この後、該凹部の内面である前記環状凸部の内周側面を、該第２の砥石を該凹部の底面に沿って相対移動させることにより研削する第２研削工程と
を備えることを特徴とするウエーハの研削加工方法。