JP5700988B2 - ウエーハの研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエーハの裏面を研削して円形凹部を形成するとともに該円形凹部を囲繞する環状凸部を形成するウエーハの研削方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、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分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等の回路素子を形成する。そして、ウエーハをストリートに沿って切削装置で切削することにより、個々の半導体デバイスが製造される。

ウエーハは、ストリートに沿って切削する前に裏面が研削されて所定の厚みに薄化される。近年、電気機器の軽量化、小型化を達成するために、ウエーハの厚さをより薄く、例えば５０μｍ程度に薄化することが要求されている。

このように薄く研削されたウエーハは取り扱いが困難になり、搬送等において破損する恐れがある。そこで、ウエーハのデバイス領域に対応する裏面のみを研削砥石で研削することでウエーハの裏面に円形凹部を形成するとともに、補強部として円形凹部を囲繞する環状凸部を残存させる研削方法が特開２００７−１９４６１号公報で提案されている。

一方、研削砥石で被加工物を研削すると、被加工物には微小な研削歪等が発生する。このような研削歪等の加工ダメージを残存させないように、ウエーハのデバイス領域に対応する裏面を第１の研削砥石で研削して円形凹部を形成した後、第１の研削砥石より細かい砥粒を有する第２の研削砥石で円形凹部の底面を研削して、研削歪を研削除去する方法が特開２００７−１７３４８７号公報及び特開２００９−１７６８９６号公報で提案されている。

特開２００７−１９４６１号公報 特開２００７−１７３４８７号公報 特開２００９−１７６８９６号公報

このように、第１の研削砥石でウエーハの裏面を研削して円形凹部を形成した後、第２の研削砥石で円形凹部の底面を研削する場合には、第２の研削砥石が円形凹部を囲繞する環状凸部の内周壁面に接触しないように、環状凸部の内周壁面より内側に第２の研削砥石を位置づけて研削を遂行する必要がある。

即ち、第２の研削砥石で形成した円形凹部の外周には、第１の研削砥石で形成した円形凹部の底面が一部環状に残存し、研削されたウエーハの縦断面は円形凹部の外周側において階段状となる。

ところが、第１の研削砥石で研削して形成した円形凹部の底面が一部環状に残存した部分は第２の研削砥石で研削されていないため、第１の研削砥石の研削による研削歪が残存している。

従って、この研削歪を起点にして、ハンドリング中にウエーハが破損してしまうことがあり、第１の研削砥石での研削量を抑えるとともに第２の研削砥石でより多く研削して、デバイス領域に対応するウエーハの裏面を所定厚みまで研削する必要がある。

ところが、より細かい砥粒を有する第２の研削砥石では、加工の送り速度を上昇させることが難しく、所定厚みまでウエーハを研削するのに非常に時間がかかっ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、加工時間を短縮するとともにハンドリング中にウエーハの破損する恐れを低減する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、ウエーハの裏面を研削して円形凹部を形成するとともに該円形凹部を囲繞する環状凸部を形成するウエーハの研削方法であって、ＪＩＳ規格で規定される＃３２０番以上＃４００番以下の砥粒を含む第１研削砥石でウエーハの裏面を研削して厚み１５０〜２００μｍに仕上げ第１円形凹部を形成するとともに、該第１円形凹部を囲繞する環状凸部を残存させる第１研削ステップと、該第１研削ステップを実施した後、ＪＩＳ規格で規定される＃１０００番以上＃２０００番以下の砥粒を含む第２研削砥石を該第１円形凹部の外周壁より内側に位置付けて、該第１円形凹部の底面を研削して第２円形凹部を形成する第２研削ステップと、該第２研削ステップを実施した後、ＪＩＳ規格で規定される＃３０００番以上の砥粒を含む第３研削砥石を該第２円形凹部の外周壁より内側に位置付けて、該第２円形凹部の底面を研削して第３円形凹部を形成する第３研削ステップと、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。

本発明の研削方法によると、比較的粗い砥粒を有する第１研削砥石でウエーハの裏面を研削して第１円形凹部を形成した後、中程度の粗さの砥粒を有する第２研削砥石で第１円形凹部の底面を研削して第２円形凹部を形成し、その後、微細な砥粒を有する第３研削砥石で第２円形凹部の底面を研削するため、加工時間を短縮化することができるとともにハンドリング中にウエーハが破損する恐れを低減できる。

半導体ウエーハの表面側斜視図である。 表面に保護テープが貼着された状態の半導体ウエーハの裏面側斜視図である。 本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置の斜視図である。 本発明の第１研削ステップを示す斜視図である。 第１研削ステップの説明図である。 第２研削ステップの説明図である。 第３研削ステップの説明図である。 図８（Ａ）はウエーハの側面図、図８（Ｂ）は第１研削ステップ実施後のウエーハの縦断面図、図８（Ｃ）は第２研削ステップ実施後のウエーハの縦断面図、図８（Ｄ）は第３研削ステップ実施後のウエーハの縦断面図である。

以下、本発明の実施形態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なっており、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各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス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、デバイス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。

ウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する前に、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、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２に示すように裏面１１ｂが露出する形態となる。

以下、このように構成された半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する本発明の研削方法について詳細に説明する。図３を参照すると、本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置２の斜視図が示されている。４は研削装置２のベースであり、ベース４の後方にはコラム６が垂直に立設されている。

コラム６は約４５度傾斜した二つの傾斜面６ａ，６ｂを有している。コラム６の傾斜面６ａには、ブロック８が矢印Ａ方向に移動可能に搭載されている。図示を省略したボールねじ及びパルスモータからなる移動機構によりブロック８は、コラム６の傾斜面６ａに固定した図示しないガイドレールに沿って矢印Ａ方向に移動される。

ブロック８の前面には一対のガイドレール１０が固定されており、このガイドレール１０に沿って上下方向に移動可能に粗研削ユニット（第１研削ユニット）１２がブロック８に搭載されている。粗研削ユニット１２は、その取付カバー２８が一対のガイドレール１０に沿って上下方向に移動する移動基台１４に取り付けられている。

粗研削ユニット１２は、粗研削ユニット１２を一対の案内レール１０に沿って上下方向に移動するボールねじ１６とパルスモータ１８とから構成される粗研削ユニット送り機構２０を備えている。パルスモータ１８をパルス駆動すると、ボールねじ１６が回転し、移動基台１４が上下方向に移動される。

粗研削ユニット１２は、ハウジング２２と、ハウジング２２中に回転可能に収容されたスピンドル２４（図４参照）と、スピンドル２４を回転駆動するモータ２６と、スピンドル２４の先端に固定されたホイールマウント３０と、ホイールマウント３０に着脱可能に装着された下端に複数の粗研削用の研削砥石（第１研削砥石）３３が環状に固定された粗研削ホイール（第１研削ホイール）３２とを含んでいる。粗研削用の研削砥石３３は、ＪＩＳ規格「Ｒ６００１：研削といし用研磨材の粒度」で規定される＃３２０番以上＃４００番以下の砥粒を含んでいる。

コラム６の傾斜面６ｂにはブロック３４が矢印Ｂ方向に移動可能に装着されている。ブロック３４は、図示を省略したボールねじ及びパルスモータからなる移動機構によりコラム６の傾斜面６ｂに固定されたガイドレールに沿って矢印Ｂ方向に移動される。

ブロック３４の前面には上下方向に伸びる一対のガイドレール３６が固定されている。この一対のガイドレール３６に沿って中間研削ユニット（第２研削ユニット）３８が上下方向に移動可能に搭載されている。中間研削ユニット３８は、その取付カバー５２が一対のガイドレール３６に沿って上下方向に移動する移動基台４０に取り付けられている。

中間研削ユニット３８は、中間研削ユニット３８を一対の案内レール３６に沿って上下方向に移動するボールねじ４２とパルスモータ４４とから構成される中間研削ユニット送り機構４６を備えている。パルスモータ４４をパルス駆動すると、ボールねじ４２が回転し、移動基台４０が上下方向に移動される。

中間研削ユニット３８は、ハウジング４８と、ハウジング４８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モータ５０と、スピンドルの先端に固定されたホイールマウント５４と、ホイールマウント５４に着脱可能に装着された中間研削用の研削ホイール（第２研削ホイール）５６とを含んでいる。

研削ホイール５６は、その下端に環状に固定された複数の中間研削用の研削砥石（第２研削砥石）５７（図６参照）を有している。中間研削用の研削砥石５７は、ＪＩＳ規格「Ｒ６００１：研削といし用研磨材の粒度」で規定される＃１０００番以上＃２０００番以下の砥粒を含んでいる。

ベース４の一側面にはコラム５８が垂直に立設されている。コラム５８の側面には水平方向に伸長する一対のガイドレール６０が固定されている。このガイドレール６０に沿って、パルスモータ６４と図示しないボールねじとから構成される移動機構６６により、移動部材６２が矢印Ｃ方向に移動されるようにコラム５８に装着されている。

移動部材６２には上下方向に伸びる一対のガイドレール６８が固定されている。この一対のガイドレール６８に沿って仕上げ研削ユニット（第３研削ユニット）７０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７０は、その取付カバー８４が一対のガイドレール６８に沿って上下方向に移動する移動基台７２に取り付けられている。

仕上げ研削ユニット７０は、仕上げ研削ユニット７０を一対の案内レール６８に沿って上下方向に移動するボールねじ７４とパルスモータ７６とから構成される仕上げ研削ユニット送り機構７８を備えている。パルスモータ７６をパルス駆動すると、ボールねじ７４が回転し、移動基台７２が上下方向に移動される。

仕上げ研削ユニット７０は、ハウジング８０と、ハウジング８０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モータ８２と、スピンドルの先端に固定されたホイールマウント８６と、ホイールマウント８６に着脱可能に装着された仕上げ研削ホイール（第２研削ホイール）８８とを含んでいる。

仕上げ研削ホイール８８は、その下端に環状に固定された複数の仕上げ研削用の研削砥石（第３研削砥石）８９（図７参照）を有している。仕上げ研削用の研削砥石８９は、ＪＩＳ規格「Ｒ６００１：研削といし用研磨材の粒度」で規定される＃３０００番以上の砥粒を含んでいる。

研削装置２は、コラム６の前側においてベース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９０を具備している。ターンテーブル９０は比較的大径の円板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Ｄで示す方向に回転される。

ターンテーブル９０には、互いに円周方向に９０度離間して４個のチャックテーブル９２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９２は、ポーラスセラミックス材によって円板状に形成された吸引保持部を有しており、吸引保持部の保持面上に載置されたウエーハ１１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９０に配設された４個のチャックテーブル９２は、ターンテーブル９０を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、中間研削加工領域Ｃ、仕上げ研削加工領域Ｄ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

ベース４の前側部分は一段と高くなる様に構成されており、ベース４の前端にカセット載置台９４，９６が固定されている。カセット載置台９４上には研削前のウエーハ１１を収容したカセット９８が載置され、カセット載置台９６にはカセット１００が載置されて研削加工の終了したウエーハ１１をカセット１００内に収容する。

カセット載置台９４，９６に隣接してベース４に凹部１０１が形成されており、この凹部１０１内にウエーハ搬送ロボット１０２が収容されている。ベース４の前側部分には更に、複数の位置決めピン１０６を有する位置決めテーブル１０４と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）１０８と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）１１０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１１２が配設されている。

以下、このように構成された研削装置２を使用してウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する本発明の研削方法について詳細に説明する。カセット９８中に収容された半導体ウエーハ１１は、ウエーハ搬送ロボット１０２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１０４に載置される。

ウエーハ位置決めテーブル１０４に載置されたウエーハ１１は、複数の位置決めピン１０６によって中心合わせが行われた後、ローディングアーム１０８の旋回動作によって、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けされているチャックテーブル９２に載置され、チャックテーブル９２によって吸引保持される。

次いで、ターンテーブル９０が矢印Ｄ方向に９０度回転されて、ウエーハ１１を保持したチャックテーブル９２が粗研削加工領域Ｂに位置づけられる。粗研削加工領域Ｂでは、ウエーハ１１のデバイス領域１７に対応するウエーハ１１の裏面１１ｂのみを研削するため、チャックテーブル９２に吸引保持されたウエーハ１１と粗研削砥石３３との関係を図５に示すように設定する必要がある。

即ち、チャックテーブル９２の回転中心Ｐ１と環状に配設された粗研削砥石３３の回転中心Ｐ２を偏心するように位置付け、研削砥石３３がウエーハ１１の回転中心Ｐ１を通過し且つ環状に配設された研削砥石３３の外周縁がデバイス領域１７の外周に対応する外径に設定される。

粗研削ステップ（第１研削ステップ）では、図４及び図５に示すように、チャックテーブル９２を矢印Ｅで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削砥石３３を矢印Ｆで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、粗研削ユニット送り機構２０を駆動して研削ホイール３２の研削砥石３３をウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。そして、研削ホイール３２を所定の研削送り速度（２．０〜６．０μｍ／ｓ）で下方に所定量研削送りする。

図示しない接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハ１１の厚みを測定しながらウエーハ１１を所望の厚み、例えば１５０〜２００μｍの厚みに仕上げる。その結果、ウエーハ１１の裏面１１ｂには、図８（Ｂ）に示すように、デバイス領域１７に対応する領域が研削除去されて第１円形凹部１１４が形成されるとともに、外周余剰領域１９が残存されて環状凸部１１６が形成される。環状凸部１１６の幅は、ウエーハ１１の外周から２．１ｍｍ程度が好ましい。

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９２は、ターンテーブル９０を９０度回転することにより、中間研削加工領域Ｃに位置づけられ、中間研削用の研削砥石５７を有する中間研削ユニット（第２研削ユニット）５６による中間研削ステップ（第２研削ステップ）が実施される。

この中間研削ステップでは、図６に示すように、第２研削砥石５７を環状凸部１１６の内周壁（第１円形凹部１１４の外周壁）より０．４ｍｍ程度内側に位置づけて、第２研削砥石５７で第１円形凹部１１４の底面を研削して第２円形凹部１１４Ａを形成する。

中間研削ステップ（第２研削ステップ）でも、粗研削ステップ（第１研削ステップ）と同様に、チャックテーブル９２の回転中心Ｐ１と環状に配設された第２研削砥石５７の回転中心Ｐ２を偏心するように位置付け、第２研削砥石５７がウエーハ１１の回転中心Ｐ１を通過し、且つ第２研削砥石５７の外周縁が環状凸部１１６の内周壁から０．４ｍｍ程度内周を通過するように位置づける。

そして、チャックテーブル９２を矢印Ｅ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、第２研削砥石５７を矢印Ｆ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、中間研削ユニット送り機構４６を駆動して研削ホイール５６の第２研削砥石５７をウエーハ１１の裏面に形成された第１円形凹部１１４の底面に接触させる。そして、研削ホイール５６を所定の研削送り速度（１．０〜２．０μｍ／ｓ）で下方に所定量研削送りする。

接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハ１１の厚みを測定しながらウエーハ１１を所望の厚み（８０〜１００μｍ）に研削し、図８（Ｃ）に示すように、第２円形凹部１１４Ａを形成する。第２研削ステップが終了すると、第１研削ステップで形成した第１円形凹部１１４の底面の最外周部１１８が０．４ｍｍ程度の幅で環状に残存する。

この中間研削ステップ（第２研削ステップ）は、ＪＩＳ規格で規定される＃１０００番以上＃２０００番以下の砥粒を含む第２研削砥石５７で実施するため、比較的早くウエーハ１１を所望の厚さ（８０〜１００μｍ）に研削することができる。

中間研削が終了したウエーハ１１を保持したチャックテーブル９２は、ターンテーブル９０を９０度回転することにより、仕上げ研削加工領域Ｄに位置づけられ、仕上げ研削用の研削砥石（第３研削砥石）８９を有する仕上げ研削ユニット（第３研削ユニット）７０による仕上げ研削が実施される。

この仕上げ研削ステップ（第３研削ステップ）では、図７に示すように、チャックテーブル９２の回転中心Ｐ１と第３研削砥石８９の回転中心Ｐ２と偏心するように位置付け、更に第３研削砥石８９の外周縁が第２円形凹部１１４Ａの外周から０．４ｍｍ程度内周を通過するように位置づける。

そして、図７に示すように、チャックテーブル９２を矢印Ｅ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、第３研削砥石８９を矢印Ｆ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送り機構７８を駆動して研削ホイール８８の研削砥石８９を第２円形凹部１１４Ａの底面に接触させる。そして、研削ホイール８８を所定の研削送り速度（０．３〜１．０μｍ／ｓ）で下方に所定量研削送りする。

接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハ１１の厚みを測定しながらウエーハ１１を所望の厚み（例えば５０μｍ）に研削し、図８（Ｄ）に示すようにウエーハ１１の裏面に第３円形凹部１１４Ｂを形成する。この仕上げ研削ステップ（第３研削ステップ）が終了すると、第２円形凹部１１４Ａの底面の最外周部１２０が環状に残存される。

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９２は、ターンテーブル９０を９０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９２がウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置づけられたならば、チャックテーブル９２の吸引を解除してから、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）１１０でウエーハ１１を吸着し、アンローディングアーム１１０が旋回することによりスピンナ洗浄ユニット１１２に搬送する。

スピンナ洗浄ユニット１１２に搬送されたウエーハ１１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１１はウエーハ搬送ロボット１０２により搬送されてカセット１００の所定位置に収容される。

上述した実施形態の研削方法によると、比較的粗い砥粒を有する第１研削砥石３３でデバイス領域１７に対応するウエーハ１１の裏面を研削して第１円形凹部１１４を形成した後、中程度の粗さの砥粒を有する第２研削砥石５７で第１円形凹部１１４の底面を研削して第２円形凹部１１４Ａを研削し、その後微細な砥粒を有する第３研削砥石８９で第２円形凹部１１４Ａの底面を研削して第３円形凹部１１４Ｂを形成するため、研削加工時間を短縮化することができるとともに、研削歪が低減されるため、搬送等のハンドリング中にウエーハが破損する恐れを低減することができる。

更に、円形凹部外周側が階段状になることで、後で円形凹部内に再配線層を形成する応用例において、エッチング処理液等の処理液の排出を容易に行うことができる。

２ 研削装置
１１ 半導体ウエーハ
１２ 粗研削ユニット（第１研削ユニット）
１７ デバイス領域
１９ 外周余剰領域
３２ 粗研削ホイール（第１研削ホイール）
３３ 粗研削砥石（第１研削砥石）
３８ 中間研削ユニット（第２研削ユニット）
５６ 中間研削ホイール（第２研削ホイール）
５７ 中間研削砥石（第２研削砥石）
７０ 仕上げ研削ユニット（第３研削ユニット）
８８ 仕上げ研削ホイール（第３研削ホイール）
８９ 仕上げ研削砥石（第３研削砥石）
９０ ターンテーブル
９２ チャックテーブル
１１４ 第１円形凹部
１１４Ａ 第２円形凹部
１１４Ｂ 第３円形凹部
１１６ 環状凸部

Claims (1)

1. ウエーハの裏面を研削して円形凹部を形成するとともに該円形凹部を囲繞する環状凸部を形成するウエーハの研削方法であって、
   ＪＩＳ規格で規定される＃３２０番以上＃４００番以下の砥粒を含む第１研削砥石でウエーハの裏面を研削して厚み１５０〜２００μｍに仕上げ第１円形凹部を形成するとともに、該第１円形凹部を囲繞する環状凸部を残存させる第１研削ステップと、
   該第１研削ステップを実施した後、ＪＩＳ規格で規定される＃１０００番以上＃２０００番以下の砥粒を含む第２研削砥石を該第１円形凹部の外周壁より内側に位置付けて、該第１円形凹部の底面を研削して第２円形凹部を形成する第２研削ステップと、
   該第２研削ステップを実施した後、ＪＩＳ規格で規定される＃３０００番以上の砥粒を含む第３研削砥石を該第２円形凹部の外周壁より内側に位置付けて、該第２円形凹部の底面を研削して第３円形凹部を形成する第３研削ステップと、
   を具備したことを特徴とするウエーハの研削方法。

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