JP2008108837A - 半導体ウエハの研削装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエハ外周面のナイフエッジ化を防止し、チッピングやクラックの発生を抑制してウエハ割れを低減する。
【解決手段】半導体ウエハ１の外周面１Ｃを研削する研削面６が、径がほぼ一定の円筒状の第１研削面６ａと、この第１研削面６ａの端部からその外周へ次第に径を増大しながら拡がる曲面状の第２研削面６ｂと、第２研削面６ｂの端部からその外周へ直線状に径が増大する第３研削面６ｃから構成される第１研削用砥石５を備え、それぞれの研削面により垂直状周面１ａ、曲面状周面１ｂおよびテーパ状周面１ｃを形成する。これにより、その後に行われる半導体ウエハ１の薄板化工程において、第２研削用砥石７が第２主面１Ｂに突入する際のチッピングの発生が抑制される。また、薄板化された半導体ウエハ１の外周面には垂直状周面１ａが残るため、ナイフエッジ化が防止され、チッピングやクラックの発生を抑制でき、ウエハ割れを低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハの外周を研削加工する半導体ウエハの研削装置およびこの研削装置を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体デバイスの小型化・高性能化・低コスト化の要求にともない、半導体ウエハは薄板化・大口径化の傾向にある。半導体ウエハを薄板化する方法として、デバイスパターンが形成されたウエハ表面側に保護テープであるバックグラインドテープを貼り付け、裏面側を所定厚みまで研削する裏面研削工程が行われている。この裏面研削工程において、半導体ウエハの厚みが薄くなるとウエハの端部である外周面が鋭利化（以下ナイフエッジ化と称す）し、チッピングやクラックが発生しやすくなりウエハ割れの原因となる。これを防止するため、ナイフエッジ化した半導体ウエハ外周面の丸め処理加工が必要であった。

従来の半導体ウエハ外周面の丸め処理加工の装置として、例えば特許文献１では、裏面研削工程後の薄い状態の半導体ウエハの鋭角となっているエッジ部に、ドーム型ホルダーの内側に固着された砥石表面を接触させ、ホルダーを高速回転させてエッジ部を研削して鈍角とするものが提示されている。
特開平１０−４１２５９号公報

しかしながら、特許文献１に示された装置では、まず半導体ウエハの裏面をバックラップ用砥石で所定厚みまで研削した後、ドーム型ホルダーに固着された砥石でエッジの丸め処理を行うものであるため、エッジ処理時の半導体ウエハは厚みが薄く、且つ外周面がナイフエッジ化している。このような状態でウエハ外周面に回転する砥石を接触させると、ウエハ外周面にチッピングやクラックが入りやすく、ウエハ割れを引き起こすという問題がある。

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、半導体ウエハの外周面のナイフエッジ化を防止し、外周面でのチッピングやクラックの発生を抑制してウエハ割れを低減することが可能な半導体ウエハの研削装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体ウエハの研削装置は、相対向する第１、第２主面と、第1主面の外縁と第２主面の外縁との間に位置する外周面とを有する半導体ウエハが、第１主面を接触して固定されるステージと、このステージを第１、第２主面にほぼ垂直な第１軸線の周りで回転させる第１回転機構と、半導体ウエハの外周に配置され、半導体ウエハの外周面を研削する研削用砥石と、この研削用砥石を第１軸線とほぼ平行な第２軸線の周りで回転させる第２回転機構を備えた半導体ウエハの研削装置であって、研削用砥石は、第２軸線の周りに形成された径がほぼ一定の円筒状の第１研削面と、この第１研削面の端部からその外周へ次第に径を増大しながら拡がる曲面状の第２研削面とを有し、第１研削面は、半導体ウエハの外周面を研削して、第１主面からほぼ垂直に立ち上がる垂直状周面を形成し、また、第２研削面は、垂直状周面の端部から次第に径を減少しながら第２主面へ延びる曲面状周面を形成するものである。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウエハを研削する研削工程を含む半導体装置の製造方法であって、研削工程が、第１軸線の周りで回転可能なステージを準備し、また、第１軸線とほぼ平行な第２軸線の周りで回転可能であって、第２軸線の周りに形成された径がほぼ一定の円筒状の第１研削面と、この第１研削面の端部からその外周へ次第に径を増大しながら拡がる曲面状の第２研削面とを有する第１研削用砥石をステージの外周に配置する準備工程と、準備工程の後で、相対向する第１、第２主面と、第1主面の外縁と第２主面の外縁との間に位置する外周面とを有し、第１主面に半導体素子を形成した半導体ウエハを、第１主面に保護テープを貼り付けた状態で、保護テープがステージに接触するようにしてステージに固定するウエハ固定工程と、ウエハ固定工程の後で、第１軸線の周りでステージを回転し、また、第２軸線の周りで第１研削用砥石を回転し、第１研削面により、半導体ウエハの外周面を研削して、第１主面からほぼ垂直に立ち上がる垂直状周面を形成し、また、第２研削面により、垂直状周面の端部から次第に径を減少しながら第２主面へ延びる曲面状周面を形成する第１研削工程と、第１研削工程の後で、第１研削用砥石とは別の第２研削用砥石を用いて、半導体ウエハの第２主面を、第１主面とほぼ平行に研削し、半導体ウエハの厚さを薄くする第２研削工程とを含むものである。

本発明によれば、研削用砥石の研削面が、径がほぼ一定の円筒状の第１研削面と、この第１研削面の端部からその外周へ次第に径を増大しながら拡がる曲面状の第２研削面とを有するので、第１研削面により半導体ウエハの外周面を研削して、第１主面からほぼ垂直に立ち上がる垂直状周面を形成し、また、第２研削面により垂直状周面の端部から次第に径を減少しながら第２主面へ延びる曲面状周面を形成することができるため、その後に行われるウエハ薄板化の工程において、研削用砥石が第２主面に突入する際のチッピングの発生を防止できると共に、薄板化された半導体ウエハの外周面には垂直状周面が残るため、ナイフエッジ化が防止でき、チッピングやクラックが発生しにくく、ウエハ割れを低減することが可能な半導体ウエハの研削装置が得られる。

また、第１研削用砥石の第１研削面により半導体ウエハの外周面を研削して、第１主面からほぼ垂直に立ち上がる垂直状周面を形成し、また、第２研削面により、垂直状周面の端部から次第に径を減少しながら第２主面へ延びる曲面状周面を形成する第１研削工程の後で、第１研削用砥石とは別の第２研削用砥石を用いて、半導体ウエハの第２主面を、第１主面とほぼ平行に研削し、半導体ウエハの厚さを薄くする第２研削工程を行うようにしたので、第２研削工程において第２研削用砥石が第２主面に突入する際のチッピングの発生を防止できると共に、第２研削工程後の半導体ウエハの外周面には垂直状周面が残るため、ナイフエッジ化が防止でき、チッピングやクラックが発生しにくく、ウエハ割れを低減することが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。

実施の形態１．
以下に、本発明を実施するための最良の形態である実施の形態１について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１による半導体ウエハの研削装置を示す概略図、図２は実施の形態１による半導体ウエハの研削装置の要部拡大断面図である。本実施の形態による半導体ウエハの研削装置４は、相対向する第１主面１Ａおよび第２主面１Ｂと、第1主面１Aの外縁と第２主面１Bの外縁との間に位置する外周面１Ｃを有し、第１主面１Ａに半導体素子パターンが形成された半導体ウエハ１の外周面１Ｃを研削加工する装置である。なお、この研削装置４によって処理される半導体ウエハ１は、第２主面１Ｂ（裏面）を所定厚み（通常０．２ｍｍ以下）まで研削加工する前の、ウエハ厚みが０．６ｍｍ〜０．７ｍｍの厚い状態のものである。

本実施の形態による半導体ウエハの研削装置４は、図１に示すように、半導体ウエハ１の第１主面１A側を、バックグラインドテープ２を介して真空チャック等の固定手段で固定するステージ３と、半導体ウエハ１の外周に配置され、半導体ウエハ１の外周面１Cを研削する第１研削用砥石５から構成される。また、この研削装置４は、ステージ３を半導体ウエハ１の第１主面１Aおよび第２主面１Bにほぼ垂直な第１軸線Ａ−Ａの周りで回転させる第１回転機構（図示せず）と、第１研削用砥石５を第１軸線Ａ−Ａとほぼ平行な第２軸線Ｂ−Ｂの周りで回転させる第２回転機構（図示せず）を備えている。

第１研削用砥石５は、半導体ウエハ１の外周面１Ｃに当接する研削面６を有している。この研削面６は、図２に示すように、第1研削面６ａ、第２研削面６ｂ、および第３研削面６ｃから構成されている。第１研削面６ａは、第２軸線Ｂ−Ｂの周りに形成された径がほぼ一定の円筒状の研削面で、半導体ウエハ１の外周面１Ｃを研削して、第１主面１Ａからほぼ垂直に立ち上がる垂直状周面１ａを形成する。

また、第２研削面６ｂは、第１研削面６ａの端部からその外周へ次第に径を増大しながら拡がる曲面状の研削面であり、垂直状周面１ａの端部から次第に径を減少しながら第２主面１Ｂの方向へ延びる曲面状周面１ｂを形成する。さらに、第３研削面６ｃは、第２研削面６ｂの端部からその外周へ直線状に径が増大する研削面であり、曲面状周面１ｂの端部から第２主面１Ｂへ延びるテーパ状周面１ｃを形成する。なお、第３研削面６ｃは、第２主面１Ｂから離れる方向に（図２では上方向に）所定の角度をもって直線状に延びており、第３研削面６ｃの外周側は半導体ウエハ１に接触しない。このためテーパ状周面１ｃの面積は、第３研削面６ｃの面積よりも小さいものとなる。

第１研削用砥石５の粒度は、♯１５００から♯３０００とすることが望ましい。この範囲の粒度であれば、研削後の半導体ウエハ１の外周面が鏡面となるため、外周面研削加工後に残留するマイクロクラックを除去でき、破壊強度が増す結果、チッピングが入りにくくなる。なお、♯１５００より粗い砥石ではマイクロクラックが残留しやすくなり、一方、♯３０００より細かくすると砥石が目詰まりしやすくなる。

次に、本実施の形態による研削装置４を用いた半導体装置の製造方法について図１〜図４を用いて説明する。本実施の形態による半導体装置の製造方法は、半導体ウエハ１を研削する研削工程を含み、さらにこの研削工程が、以下に示す４つの工程を含むことを特徴とするものである。

まず、図１および図２に示すように、第１軸線Ａ−Ａの周りで回転可能なステージ３を準備し、また、第１軸線Ａ−Ａとほぼ平行な第２軸線Ｂ−Ｂの周りで回転可能であって、第２軸線Ｂ−Ｂの周りに形成された径がほぼ一定の円筒状の第１研削面６ａと、この第１研削面６ａの端部からその外周へ次第に径を増大しながら拡がる曲面状の第２研削面６ｂと、この第２研削面６ｂの端部からその外周へ直線状に径が増大する第３研削面６ｃを有する第１研削用砥石５を、ステージ３の外周に配置する（準備工程）。

次に、相対向する第１、第２主面１Ａ、１Ｂと、第1主面１Ａの外縁と第２主面１Ｂの外縁との間に位置する外周面１Ｃとを有し、第１主面１Ａにパワーデバイス等の半導体素子パターンを形成した半導体ウエハ１を、第１主面１Ａにバックグラインドテープ２を貼り付けた状態で、バックグラインドテープ２がステージ３に接触するようにしてステージ３に固定する（図３（ａ）；ウエハ固定工程）。この時の半導体ウエハ１の厚みは０．６ｍｍ〜０．７ｍｍの厚い状態である。なお、パターン形成面を保護するバックグラインドテープ２は、半導体ウエハ１の外径よりも若干小さい径のものが用いられる。

続いて、第１研削用砥石５およびステージ３の高さを調整し、互いに高速回転させながら、第１研削用砥石５の研削面６を半導体ウエハ１の外周面１Ｃに接触させて研削加工する。図１に示すように、ステージ３は第１軸線Ａ−Ａの周りで回転させ、また、第１研削用砥石５は第２軸線Ｂ−Ｂの周りでステージ３と反対方向に回転させる。

半導体ウエハ１の外周面１Ｃに接触した第１研削用砥石５は、図２に示すように、第１研削面６ａにより半導体ウエハ１の外周面１Ｃを研削して、第１主面１Ａからほぼ垂直に立ち上がる垂直状周面１ａを形成する。また、第２研削面６ｂにより、垂直状周面１ａの端部から次第に径を減少しながら第２主面１Ｂの方向へ延びる曲面状周面１ｂを形成する。さらに、第３研削面６ｃの一部により、曲面状周面１ｂの端部から第２主面１Ｂへ延び、第２主面１Ｂに繋がるテーパ状周面１ｃを形成する（図３（ｂ）；第１研削工程）。なお、図において、点線１Ｃは、第１研削工程前の半導体ウエハ１の外周面の代表的な形状を示している。

次に、図４に示すように、第１研削工程を終えた半導体ウエハ１を高速回転可能なステージ３０に固定する。さらに、第１研削用砥石５とは別の第２研削用砥石７を用い、これを高速回転させながら、半導体ウエハ１の第２主面１Ｂを、第１主面１Ａとほぼ平行に研削し、半導体ウエハ１の厚さを薄くする（図３（ｃ）；第２研削工程）。第２研削工程によって薄板化された半導体ウエハ１の外周面の形状は、垂直状周面１ａのみが残った状態となる。なお、薄板化後のウエハ厚みは通常０．２ｍｍ以下とする場合が多いので、第１研削工程で形成される垂直状周面１ａは、０．２ｍｍ以上の厚さを有することが望ましい。

本実施の形態による半導体装置の製造方法では、第１研削工程において研削加工された半導体ウエハ１の外形（直径）は、図３（ｂ）に示すように、研削加工前よりも若干小さくなり、その外周面の形状は、第１研削用砥石５の研削面６の形状が転写されたものとなる。このように、垂直状周面１ａと第２主面１Ｂとの間に丸みを帯びた曲面状周面１ｂを有することにより、その後に行われる第２研削工程において第２研削用砥石７が第２主面１Ｂに突入する際に、チッピングが発生しにくい。さらに、第２研削工程後の薄板化された半導体ウエハ１の外周面には垂直状周面１ａが残るため、ナイフエッジ化が防止され、チッピングやクラックが発生しにくく、ウエハ割れを低減できる。

これに対し、従来方法では、図５に示すように、点線１Ｃで示す代表的な外周面形状の半導体ウエハ１に対して裏面研削加工を行うため、薄板化された半導体ウエハ１の外周面１ｄは、ナイフエッジ化したものとなる。このため、その後の半導体ウエハ１のカット等の処理でエッジ部にクラックが入りやすく、ウエハ割れの原因となる。これを防止するために、ナイフエッジ化した外周面１ｄを研削する丸め処理加工が行われていたが、薄板化後のナイフエッジ化した外周面１ｄに高速回転する研削砥石を接触させることは、チッピングやクラックの原因となり、これもウエハ割れを引き起こす。このような従来方法に対し、本実施の形態では、半導体ウエハ１のナイフエッジ化を防止でき、チッピングやクラックも発生しにくく、ウエハ割れを低減できる点で顕著な効果が得られる。

なお、本実施の形態では、研削装置４の第１研削用砥石５が、第２研削面６ｂの端部からその外周へ直線状に径が増大する第３研削面６ｃを有し、この第３研削面６ｃにより曲面状周面１ｂの端部から第２主面１Ｂへ延びるテーパ状周面１ｃを形成するようにしたが、第１研削用砥石５は、第３研削面６ｃを削除した構成とすることもできる。この場合、半導体ウエハ１の外周面には、テーパ状周面１ｃは形成されず、曲面状周面１ｂが垂直状周面１ａの端部から第２主面１Ｂまで形成されることになる。また、本実施の形態では、第１研削工程と第２研削工程で、半導体ウエハ１をそれぞれ別のステージ３、３０に固定したが、同じステージを用いるように装置を構成することもできる。

以上のように、本実施の形態によれば、半導体ウエハ１の外周面１Ｃを研削する研削面６が、径がほぼ一定の円筒状の第１研削面６ａと、この第１研削面６ａの端部からその外周へ次第に径を増大しながら拡がる曲面状の第２研削面６ｂと、第２研削面６ｂの端部からその外周へ直線状に径が増大する第３研削面６ｃから構成される第１研削用砥石５を備えた研削装置４を用い、それぞれの研削面により垂直状周面１ａ、曲面状周面１ｂおよびテーパ状周面１ｃを形成する第１研削工程の後で、半導体ウエハ１を薄板化する第２研削工程を行うようにしたので、第２研削用砥石７が突入する際のチッピングの発生を防止できると共に、薄板化された半導体ウエハ１の外周面には垂直状周面１ａが残るため、ナイフエッジ化が防止でき、チッピングやクラックが発生しにくく、ウエハ割れを低減することが可能である。

本発明は、半導体ウエハの研削装置、および半導体ウエハを研削する研削工程を含む半導体装置、例えばパワーデバイスの製造において利用可能である。

本発明の実施の形態１による半導体ウエハの研削装置を示す概略図である。 本発明の実施の形態１による半導体ウエハの研削装置を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態１による半導体装置の製造方法を説明する図である。 本発明の実施の形態１による半導体装置の製造方法における第２研削工程を示す図である。 従来方法によるウエハ裏面研削加工後の半導体ウエハを示す図である。

符号の説明

１ 半導体ウエハ、１Ａ 第１主面、１Ｂ 第２主面、１Ｃ 外周面、
１ａ 垂直状周面、１ｂ 曲面状周面、１ｃ、テーパ状周面、１ｄ ナイフエッジ化したウエハ外周面、２ バックグラインドテープ、３、３０ ステージ、
４ 半導体ウエハの研削装置、５ 第１研削用砥石、６ 研削面、
６ａ 第１研削面、６ｂ 第２研削面、６ｃ 第３研削面、７ 第２研削用砥石。

Claims (4)

1. 相対向する第１、第２主面と、前記第1主面の外縁と第２主面の外縁との間に位置する外周面とを有する半導体ウエハが、前記第１主面を接触して固定されるステージと、このステージを前記第１、第２主面にほぼ垂直な第１軸線の周りで回転させる第１回転機構と、前記半導体ウエハの外周に配置され、前記半導体ウエハの外周面を研削する研削用砥石と、この研削用砥石を前記第１軸線とほぼ平行な第２軸線の周りで回転させる第２回転機構を備えた半導体ウエハの研削装置であって、
   前記研削用砥石は、前記第２軸線の周りに形成された径がほぼ一定の円筒状の第１研削面と、この第１研削面の端部からその外周へ次第に径を増大しながら拡がる曲面状の第２研削面とを有し、
   前記第１研削面は、前記半導体ウエハの外周面を研削して、前記第１主面からほぼ垂直に立ち上がる垂直状周面を形成し、また、前記第２研削面は、前記垂直状周面の端部から次第に径を減少しながら前記第２主面へ延びる曲面状周面を形成することを特徴とする半導体ウエハの研削装置。
2. 請求項１記載の半導体ウエハの研削装置であって、前記研削用砥石の粒度が、♯１５００から♯３０００とされたことを特徴とする半導体ウエハの研削装置。
3. 半導体ウエハを研削する研削工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記研削工程が、
   第１軸線の周りで回転可能なステージを準備し、また、前記第１軸線とほぼ平行な第２軸線の周りで回転可能であって、前記第２軸線の周りに形成された径がほぼ一定の円筒状の第１研削面と、この第１研削面の端部からその外周へ次第に径を増大しながら拡がる曲面状の第２研削面とを有する第１研削用砥石を前記ステージの外周に配置する準備工程と、
   前記準備工程の後で、相対向する第１、第２主面と、前記第1主面の外縁と第２主面の外縁との間に位置する外周面とを有し、前記第１主面に半導体素子を形成した半導体ウエハを、前記第１主面に保護テープを貼り付けた状態で、前記保護テープが前記ステージに接触するようにして前記ステージに固定するウエハ固定工程と、
   前記ウエハ固定工程の後で、前記第１軸線の周りで前記ステージを回転し、また、前記第２軸線の周りで前記第１研削用砥石を回転し、前記第１研削面により、前記半導体ウエハの外周面を研削して、前記第１主面からほぼ垂直に立ち上がる垂直状周面を形成し、また、前記第２研削面により、前記垂直状周面の端部から次第に径を減少しながら前記第２主面へ延びる曲面状周面を形成する第１研削工程と、
   前記第１研削工程の後で、前記第１研削用砥石とは別の第２研削用砥石を用いて、前記半導体ウエハの第２主面を、前記第１主面とほぼ平行に研削し、前記半導体ウエハの厚さを薄くする第２研削工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項３記載の半導体装置の製造方法であって、前記第１研削工程で形成された前記垂直状周面が、０．２ｍｍ以上の厚さを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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