JP2000042880A - 平面研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハの加工能率、形状精度および歩
留りが良く、加工面の加工変質層を減らすことができ、
表面粗さを小さくすることができる平面研削装置を提供
する。 【解決手段】 半導体ウエハＷを固定し回転させる複数
のチャックテーブル１１，１２，１３と、複数のチャッ
クテーブル１１，１２，１３が周縁に配置され、チャッ
クテーブル１１，１２，１３を半導体ウエハＷの粗研削
ポジションおよび仕上げ研削ポジションに回転移動させ
る回転テーブル１と、粗研削ポジションにおける半導体
ウエハＷの研削面に向かい合うように砥石軸２１の先端
に取り付けられたカップ型ダイヤモンド砥石２２と、仕
上げ研削ポジションにおける半導体ウエハＷに向かい合
うように砥石軸３１の先端に取り付けられたカップ型Ｅ
ＰＤ砥石３２とが具備されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの平
面を砥石により研削し、半導体ウエハの薄型化を可能に
する平面研削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコン、携帯電話およびページ
ャなどの電気製品の小型軽量化やＩＣカードへの搭載な
どで半導体ウエハの薄型化が要求されている。

【０００３】従来、半導体ウエハを薄型化する場合、半
導体素子が積層形成された表面を避け、裏面が平面研削
される。

【０００４】半導体ウエハの裏面研削は、半導体ウエハ
の直径より大きな直径のカップ型砥石の外径を半導体ウ
エハの中心に略一致させ、半導体ウエハおよび砥石を回
転させて、砥石を半導体ウエハに相対的に切り込み粗研
削を行なった後、仕上げ研削を行なう。

【０００５】その際、研削面の加工変質層深さや表面粗
さを確保し、加工能率を向上させるため、通常、粗研削
では、＃４００〜＃６００番程度のビトリファイドボン
ドダイヤモンド砥石を使用し、仕上げ研削では、＃２０
００〜＃８０００番程度のレジンボンドダイヤモンド砥
石が使用される。

【０００６】ここで、＃４００番のビトリファイドボン
ドダイヤモンド砥石を粗研削に使用し、＃４０００番ま
たは＃８０００番のレジンボンドダイヤモンド砥石を仕
上げ研削に使用した場合の研削面の加工変質層深さおよ
び表面粗さの測定結果を次表１に示す。

【０００７】

【表１】

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記提案の
如きダイヤモンド砥石だけによる研削では、加工能率お
よび形状精度は要求を満足できるが、研削面の表面粗さ
が粗く（たとえば、＃４０００番使用時に０．１５μｍ
Ｒｙ程度または＃８０００番使用時に０．１μｍＲｙ程
度）、さらに、加工変質層が残る（＃４０００番使用時
に加工変質層深さ１μｍ程度または＃８０００番使用時
に加工変質層深さ０．５μｍ程度）ため、研削工程終了
後の搬送時に半導体ウエハが割れたり、また、製品時の
曲げ強さが不十分なことから、ＩＣカードなどへの装着
時に外力を加えると、チップが破損するという問題点が
ある。

【０００９】そこで、ダイヤモンド砥石で研削した後、
搬送に注意しながら、ポリシングやエッチングなどの加
工手段により加工変質層を減らしているが、歩留りが悪
く、加工速度が遅いという問題点がある。

【００１０】つまり、ポリシングは、表面粗さを小さく
し加工変質層を減らすことは可能であるが、遊離砥粒に
よる加工のため、微細な砥粒を混ぜた懸濁水を使用する
ことから、この懸濁水が半導体ウエハの表面に回り込み
当該表面上に形成された半導体素子を破壊することがあ
り、加工速度も遅い。

【００１１】また、エッチングは、化学的な反応を利用
し、加工速度の温度への依存性が高いため、温度管理を
非常に厳しくしなければ、所定の加工量が得られず、エ
ッチング液により半導体ウエハの表面に形成された半導
体素子および半導体ウエハを支持するチャック面も同時
に加工してしまうことがあるとともに、表面粗さの山だ
けでなく谷の部分も侵食してしまい形状精度がで難いの
で、歩留りが悪く、しかも加工速度が遅い。

【００１２】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたものであって、その目的とするところは、半導体
ウエハの加工能率、形状精度および歩留りが良く、加工
面の加工変質層を減らすことができ、表面粗さを小さく
することができる平面研削装置を提供することにある。

【００１３】本発明の上記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明に係る平面研削装置は、半導体ウエハを固定し回
転させる複数のチャックテーブルと、上記複数のチャッ
クテーブルが周縁に配置され、上記チャックテーブルを
上記半導体ウエハの粗研削ポジションおよび仕上げ研削
ポジションに回転移動させる回転テーブルと、上記粗研
削ポジションにおける上記半導体ウエハの研削面に向か
い合うように粗研削用砥石軸の先端に取り付けられたダ
イヤモンド砥石と、上記仕上げ研削ポジションにおける
上記半導体ウエハに向かい合うように仕上げ研削用砥石
軸の先端に取り付けられ、電気泳動現象を利用して超微
細砥粒が均一に固定化された超微粒砥石（以下、ＥＰＤ
砥石（Electrophoretic Deposition: 電気泳動吸着砥
石）という）と、を具備したことを特徴としている。

【００１５】また、本発明に係る平面研削装置は、半導
体ウエハを固定し回転させると共に、上記半導体ウエハ
の粗研削ポジションおよび仕上げ研削ポジションに往復
移動させる往復テーブルと、上記粗研削ポジションにお
ける上記半導体ウエハの研削面に向かい合うように粗研
削用砥石軸の先端に取り付けられたダイヤモンド砥石
と、上記仕上げ研削ポジションにおける上記半導体ウエ
ハの研削面に向かい合うように仕上げ研削用砥石軸の先
端に取り付けられたＥＰＤ砥石と、を具備したことを特
徴としている。

【００１６】さらに、複数の粗研削ポジションが設置さ
れ、上記複数の粗研削ポジションに複数の粗研削用砥石
軸がそれぞれ設けられ、上記複数の粗研削用砥石軸の先
端に砥粒の粒度の異なるダイヤモンド砥石が個別に取り
付けられ、半導体ウエハの粗研削を上記粒度の異なるダ
イヤモンド砥石により複数回に分けて行なうことを特徴
としている。

【００１７】従って、本発明によれば、粗研削は、ダイ
ヤモンド砥石を利用して行われるので、半導体ウエハの
加工能率および形状精度が良く、仕上げ研削がＥＰＤ砥
石を利用して行われることにより、加工変質層が減少
し、表面粗さが小さくなる。

【００１８】また、半導体ウエハは１チャックで粗研削
および仕上げ研削されるので、研削面の表面粗さおよび
加工変質層がある状態での半導体ウエハの着脱および粗
研削から仕上げ研削への搬送工程が省略されるため、半
導体ウエハの割れが回避され、歩留りおよび加工効率が
向上するとともに、装置における半導体ウエハの搬送機
構が簡略化されるので、装置構成がコンパクトになる。

【００１９】また、仕上げ研削は、従来のようなポリシ
ングやエッチングなどの加工手段によらないので、歩留
りが向上する。

【００２０】さらに、粗研削において、砥粒の粒度の異
なるダイヤモンド砥石により複数回に分けて行なうこと
により、半導体ウエハの加工能率が向上する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。実施の形態を説明するに当
たって、同一機能を奏するものは同じ符号を付して説明
する。

【００２２】図１は、本発明の実施の形態に係る回転テ
ーブル式の平面研削装置の要部斜視図、図２は、本発明
の実施の形態に係る往復テーブル式の平面研削装置の要
部斜視図、図３は、本発明の実施の形態に係る他の往復
テーブル式の平面研削装置の要部斜視図、図４は、本発
明の実施の形態に係る他の往復テーブル式の平面研削装
置の要部斜視図、図５は、本発明の実施の形態に係る他
の回転テーブル式の平面研削装置の要部斜視図である。

【００２３】図１に示す平面研削装置は、回転可能な円
形の回転テーブル１を有し、回転テーブル１の周縁上の
円周等分複数箇所には、円形のチャックテーブル１１，
１２，１３が回転自在に複数個配設され、これらチャッ
クテーブル１１，１２，１３上には、その直径よりやや
小さな略円形の半導体ウエハＷがバキューム吸着される
ようになっている。

【００２４】チャックテーブル１１，１２，１３は、回
転テーブル１により半導体ウエハＷの供給排出ポジショ
ン、粗研削ポジションおよび仕上げ研削ポジションにそ
れぞれ移動し、半導体ウエハＷの供給排出、粗研削およ
び仕上げ研削が同時に行われるようになっている。

【００２５】粗研削ポジションにおけるチャックテーブ
ル１２（１１，１３）上には、チャックテーブル１１，
１２，１３の移動方向に対して略垂直に砥石軸２１が設
置され、砥石軸２１の先端には、半導体ウエハＷの直径
より大きな直径のカップ型ダイヤモンド砥石２２が取り
付けられ、カップ型ダイヤモンド砥石２２と半導体ウエ
ハＷの研削面とが向かい合うようになっている。

【００２６】また、仕上げ研削ポジションにおけるチャ
ックテーブル１３（１１，１２）上には、チャックテー
ブル１１，１２，１３の移動方向に対して略垂直に砥石
軸３１が設置され、砥石軸３１の先端には、半導体ウエ
ハＷの直径より大きな直径の仕上げ研削用のカップ型Ｅ
ＰＤ砥石３２が取り付けられ、カップ型ＥＰＤ砥石３２
と半導体ウエハＷの研削面とが向かい合うようになって
いる。

【００２７】ところで、上記カップ型ＥＰＤ砥石３２と
は、超微細シリカ砥粒を電気泳動現象により均一に固定
化した超微粒砥石（電気泳動現象を利用した超微粒砥石
の作成法に関する研究，日本機械学会論文集（Ｃ編）５
９巻５６２号（１９９３−６），論文Ｎｏ．９２−１４
４３，第２１頁から第２６頁，池野順一、谷泰弘著参
照）である。

【００２８】平面研削装置は、以上の如く構成されてい
るので、半導体ウエハＷを平面研削し薄型化する場合、
まず、供給排出ポジションのチャックテーブル１１（１
２，１３）上に、裏面を上に向け、半導体ウエハＷを吸
着固定する。

【００２９】次に、回転テーブル１によりチャックテー
ブル１１（１２，１３）を供給排出ポジションから半導
体ウエハＷの粗研削ポジションに回転移動し、チャック
テーブル１２（１１，１３）上の半導体ウエハＷとカッ
プ型ダイヤモンド砥石２２との中心を略一致させ、半導
体ウエハＷを回転させるとともに、カップ型ダイヤモン
ド砥石２２を回転させて、純水を射出しながら、カップ
型ダイヤモンド砥石２２を半導体ウエハＷに相対的に切
り込み、所定の厚さまで粗研削を行なう。

【００３０】このとき、使用するカップ型ダイヤモンド
砥石２２により発生する加工変質層の深さの数倍程度の
研削代を最終厚さに加えた厚さまで、所定の表面形状精
度に研削する。

【００３１】その後、回転テーブル１によりチャックテ
ーブル１２（１１，１３）を粗研削ポジションから半導
体ウエハＷの仕上げ研削ポジションに回転移動し、チャ
ックテーブル１３（１１，１２）上の半導体ウエハＷと
カップ型ＥＰＤ砥石３２との中心を略一致させ、半導体
ウエハＷを回転させるとともに、カップ型ＥＰＤ砥石３
２を回転させて、純水を射出しながら、カップ型ＥＰＤ
砥石３２を半導体ウエハＷに相対的に切り込み、仕上げ
研削を行ない、加工変質層を取り去る。

【００３２】仕上げ研削が終了すると、半導体ウエハＷ
は、回転テーブル１により仕上げ研削ポジションから供
給排出ポジションに戻り、吸着が解除された後、排出さ
れる。

【００３３】図２に示す平面研削装置は、図示しないテ
ーブル送り機構を介して左右に往復移動する往復テーブ
ル４１を有し、この往復テーブル４１上には、半導体ウ
エハＷをバキューム吸着し回転させるチャックテーブル
５１が設けられている。

【００３４】往復テーブル４１は、半導体ウエハＷを供
給排出ポジション、粗研削ポジションおよび仕上げ研削
ポジションに直線移動し、半導体ウエハＷの供給排出、
粗研削および仕上げ研削が行われるようになっている。

【００３５】粗研削ポジションにおけるチャックテーブ
ル５１上には、チャックテーブル５１の移動方向に対し
て略垂直に砥石軸２１が設置され、砥石軸２１の先端に
は、半導体ウエハＷの直径より大きな直径のカップ型ダ
イヤモンド砥石２２が取り付けられ、カップ型ダイヤモ
ンド砥石２２と半導体ウエハＷの研削面とが向かい合う
ようになっている。

【００３６】仕上げ研削ポジションにおけるチャックテ
ーブル５１上には、チャックテーブル５１の移動方向に
対して略垂直に砥石軸３１が設置され、砥石軸３１の先
端には、半導体ウエハＷの直径より大きな直径の仕上げ
研削用のカップ型ＥＰＤ砥石３２が取り付けられ、カッ
プ型ＥＰＤ砥石３２と半導体ウエハＷの研削面とが向か
い合うようになっている。

【００３７】従って、平面研削装置は、以上の如く構成
されているので、半導体ウエハＷの裏面研削を行なう場
合、供給排出ポジションのチャックテーブル５１上に、
裏面を上に向け半導体ウエハＷを吸着固定する。

【００３８】次に、往復テーブル４１によりチャックテ
ーブル５１を供給排出ポジションから半導体ウエハＷの
粗研削ポジションに直線移動し、チャックテーブル５１
上の半導体ウエハＷとカップ型ダイヤモンド砥石２２と
の中心を略一致させ、半導体ウエハＷを回転させるとと
もに、カップ型ダイヤモンド砥石２２を回転させて、純
水を射出しながら、カップ型ダイヤモンド砥石２２を半
導体ウエハＷに相対的に切り込み、所定の厚さまで粗研
削する。

【００３９】この場合、使用するカップ型ダイヤモンド
砥石２２により発生する加工変質層の深さの数倍程度の
研削代を最終厚さに加えた厚さまで、所定の表面形状精
度に研削する。

【００４０】その後、往復テーブル４１によりチャック
テーブル５１を粗研削ポジションから半導体ウエハＷの
仕上げ研削ポジションに直線移動し、チャックテーブル
５１上の半導体ウエハＷとカップ型ＥＰＤ砥石３２との
中心を略一致させ、半導体ウエハＷを回転させるととも
に、カップ型ＥＰＤ砥石３２も回転させて、純水を射出
しながら、カップ型ＥＰＤ砥石３２を半導体ウエハＷに
相対的に切り込み、仕上げ研削を行ない、加工変質層を
取り去る。

【００４１】仕上げ研削が終了すると、往復テーブル４
１により半導体ウエハＷは仕上げ研削ポジションから供
給排出ポジションに戻り、半導体ウエハＷの吸着が解除
された後、排出される。

【００４２】このように、本実施の形態の平面研削装置
によれば、粗研削は、カップ型ダイヤモンド砥石２２を
利用して行われるので、半導体ウエハＷの加工能率およ
び形状精度が良く、仕上げ研削がカップ型ＥＰＤ砥石３
２によるメカノケミカル作用により行われることによ
り、加工変質層が減少し、表面粗さが小さくなるので、
半導体ウエハＷの曲げ強さが向上する。

【００４３】ここで、粗研削に＃４０００番のカップ型
ダイヤモンド砥石２２を用い、仕上げ研削をカップ型Ｅ
ＰＤ砥石３２により行なった場合の研削面の加工変質層
深さおよび表面粗さの測定結果を次表２に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】従って、加工変質層深さ０．０５μｍ以下
で研削終了することにより、曲げ強さの高い１００μｍ
厚以下の薄型化半導体ウエハが得られるようになる。

【００４６】また、半導体ウエハＷは１チャックで粗研
削および仕上げ研削されるので、研削面の表面粗さおよ
び加工変質層がある状態での半導体ウエハＷの着脱およ
び粗研削から仕上げ研削への搬送工程が省略されるた
め、半導体ウエハＷの割れが回避され、歩留りおよび加
工効率が向上するとともに、装置における半導体ウエハ
Ｗの搬送機構が簡略化されるので、装置構成がコンパク
トになる。

【００４７】また、仕上げ研削は、従来のようなポリシ
ングやエッチングなどの加工手段によらないので、半導
体素子を破壊することなく、歩留りが向上する。

【００４８】図３に示す平面研削装置は、図２に示す粗
研削ポジションに使用されるカップ型ダイヤモンド砥石
２２に代えて、砥石軸６１の先端に円筒型ダイヤモンド
砥石６２を設けたものであり、これによれば、加工変質
層の深さを浅くすることが可能となる。なお、この場
合、半導体ウエハＷは、レシプロしながら粗研削され
る。

【００４９】図４に示す平面研削装置は、図３に示す円
筒型ダイヤモンド砥石６２の配置を９０°変えたもので
あり、図３のものと同様の効果が期待できる。

【００５０】上記本実施の形態の平面研削装置では、供
給排出ポジション、粗研削ポジションおよび仕上げ研削
ポジションの３つのポジションを設けたが、供給排出ポ
ジションを省略して、粗研削ポジションおよび仕上げ研
削ポジションのみにしてもよく、逆に、半導体ウエハＷ
の洗浄ポジションを新たに付加しても構わない。

【００５１】また、図５に示すように、図１に示す平面
研削装置において、回転テーブル１の周縁上の円周等分
複数箇所に、チャックテーブル１２ａ，１２ｂを追加配
置するとともに、粗研削ポジションを複数箇所設置し、
複数の粗研削ポジションに複数の砥石軸２１ａ，２１ｂ
をそれぞれ配設し、複数の砥石軸２１ａ，２１ｂの先端
に砥粒の粒度の異なるダイヤモンド砥石、たとえば、＃
４０００番のカップ型ダイヤモンド砥石２２ａおよび＃
８０００番のカップ型ダイヤモンド砥石２２ｂを取り付
け、半導体ウエハＷの粗研削をカップ型ダイヤモンド砥
石２２ａ，２２ｂの順に複数回に分けて行なうと、半導
体ウエハＷの加工能率をさらに向上することが可能とな
る。

【００５２】また、図２〜図４に示す平面研削装置にお
いても、粗研削ポジションを複数箇所設置し、半導体ウ
エハＷの粗研削を複数回に分けて行なってもよいことは
言うまでもない。

【００５３】ここで、粗研削を複数回に分けて行なった
場合の研削面の変質層深さおよび表面粗さの測定結果を
次表３に示し、このときの研削速度、加工厚みおよび加
工時間などを次表４に示す。

【００５４】

【表３】

【００５５】

【表４】

【００５６】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明の平面研削装置は、粗研削は、ダイヤモンド砥石を利
用して行われるので、半導体ウエハの加工能率および形
状精度が良く、仕上げ研削がＥＰＤ砥石を利用して行わ
れることにより、加工変質層が減少し、表面粗さが小さ
くなるので、半導体ウエハの曲げ強さを向上することが
できる。

【００５７】また、半導体ウエハは１チャックで粗研削
および仕上げ研削されるので、半導体ウエハの割れが回
避され、歩留りおよび加工効率を向上することができ
る。

【００５８】また、仕上げ研削は、従来のようなポリシ
ングやエッチングなどの加工手段によらないので、歩留
りが向上する。

【００５９】さらに、粗研削において、砥粒の粒度の異
なるダイヤモンド砥石により複数回に分けて行なうこと
により、半導体ウエハの加工能率を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である回転テーブル式の平
面研削装置の要部斜視図。

【図２】本発明の実施の形態である往復テーブル式の平
面研削装置の要部斜視図。

【図３】本発明の実施の形態である他の往復テーブル式
の平面研削装置の要部斜視図。

【図４】本発明の実施の形態である他の往復テーブル式
の平面研削装置の要部斜視図。

【図５】本発明の実施の形態である他の回転テーブル式
の平面研削装置の要部斜視図。

【符号の説明】

１ 回転テーブル １１，１２，１３，５１ チャックテーブル ２１，３１，６１ 砥石軸 ２２ カップ型ダイヤモンド砥石 ３２ カップ型ＥＰＤ砥石 ４１ 往復テーブル ６２ 円筒型ダイヤモンド砥石 Ｗ 半導体ウエハ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハを固定し回転させる複数の
   チャックテーブルと、 上記複数のチャックテーブルが周縁に配置され、上記チ
   ャックテーブルを上記半導体ウエハの粗研削ポジション
   および仕上げ研削ポジションに回転移動させる回転テー
   ブルと、 上記粗研削ポジションにおける上記半導体ウエハの研削
   面に向かい合うように粗研削用砥石軸の先端に取り付け
   られたダイヤモンド砥石と、 上記仕上げ研削ポジションにおける上記半導体ウエハに
   向かい合うように仕上げ研削用砥石軸の先端に取り付け
   られ、電気泳動現象を利用して超微細砥粒が均一に固定
   化された超微粒砥石と、 を具備したことを特徴とする平面研削装置。
2. 【請求項２】 半導体ウエハを固定し回転させると共
   に、上記半導体ウエハの粗研削ポジションおよび仕上げ
   研削ポジションに往復移動させる往復テーブルと、 上記粗研削ポジションにおける上記半導体ウエハの研削
   面に向かい合うように粗研削用砥石軸の先端に取り付け
   られたダイヤモンド砥石と、 上記仕上げ研削ポジションにおける上記半導体ウエハの
   研削面に向かい合うように仕上げ研削用砥石軸の先端に
   取り付けられ、電気泳動現象を利用して超微細砥粒が均
   一に固定化された超微粒砥石と、 を具備したことを特徴とする平面研削装置。
3. 【請求項３】 複数の粗研削ポジションが設置され、上
   記複数の粗研削ポジションに複数の粗研削用砥石軸がそ
   れぞれ設けられ、上記複数の粗研削用砥石軸の先端に砥
   粒の粒度の異なるダイヤモンド砥石が個別に取り付けら
   れ、半導体ウエハの粗研削を上記粒度の異なるダイヤモ
   ンド砥石により複数回に分けて行なうことを特徴とする
   請求項１または２記載の平面研削装置。