JP2009246098A

JP2009246098A - ウエーハの研削方法

Info

Publication number: JP2009246098A
Application number: JP2008090015A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Masuda; 隆俊増田
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22
Also published as: US8100742B2; US20090247056A1

Abstract

【課題】研削効率を低下することなく、抗折強度が低いチップの発生を防止するとともに欠けの発生を防止することができるウエーハの研削方法を提供する。
【解決手段】ウエーハ１０を保持したチャックテーブル５２を回転するとともに研削砥石３２７を回転しつつウエーハの中心を通過する位置に位置付け研削送りすることによりウエーハの上面を研削する第１の研削工程と、チャックテーブルおよび研削砥石を回転した状態でウエーハの外周部上面を研削砥石の回転軌跡の直下に位置付けるウエーハ位置付け工程と、チャックテーブルに保持されているウエーハの結晶方位を示すマークＮを所定方向に向けて位置付けてチャックテーブルの回転を停止し、研削砥石を回転しつつチャックテーブルの保持面に垂直な方向に所定量研削送りした後、チャックテーブルと研削砥石を相対的に平行移動して加工送りする第２の研削工程とを含む。
【選択図】図８

Description

本発明は、結晶方位を有するウエーハを研削するウエーハの研削方法に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体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多数の矩形領域を区画し、該矩形領域の各々にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。このように多数のデバイスが形成された半導体ウエーハをストリートに沿って分離することにより、個々の半導体チップを形成する。また、リチウムタンタレート等の基板に複数の圧電素子が配設されたウエーハも所定のストリートに沿って切断することにより個々のチップに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述したように個々に分割されたチップの小型化および軽量化を図るために、通常、ウエーハをストリートに沿って切断して個々の矩形領域を分離するのに先立って、ウエーハの裏面を研削して所定の厚さに形成している。また、切削装置によって個々のチップに完全に分割しないでストリートに沿ってチップの仕上がり厚さに相当する所定の深さの切削溝を形成し、その後ウエーハの裏面を切削溝が表出するまで研削することにより個々のチップに分割する、所謂先ダイシングと称する分割方法も一般に行われている。

上述したウエーハの裏面を研削する研削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面（裏面）を研削する環状の研削砥石を備えた研削手段を具備し、チャックテーブルを回転するとともに研削砥石を回転させつつチャックテーブルに保持されたウエーハの中心を研削砥石の研削面である下端面が通過するようにしてウエーハの裏面を研削する。（例えば、特許文献１参照）
特開２０００−３５４９６２号公報

上記特許文献１に記載された研削方法によれば、ウエーハを所定の厚さに効率よく研削することができるが、研削され個々に分割されたチップの抗折強度を測定すると、著しく抗折強度が低いチップが定量的に存在するという問題がある。即ち、上記特許文献１に記載された研削方法によってウエーハを研削すると、ウエーハの被研削面には回転中心から外周に向かって放射状にソーマークが形成され、ウエーハの結晶方位との関係で割れやすい方向にソーマークが形成されたチップが定量的に存在するため、抗折強度が低いチップが定量的に発生する。なお、抗折強度が低いチップが定量的に発生する領域は、ウエーハの結晶方位を示すマークとソーマークが所定の関係（例えば、シリコンの場合には４５度）となる領域であることが判っている。

上記問題を解消するために、ウエーハを保持したチャックテーブルを回転するとともに研削砥石を回転しつつウエーハの中心を通過するように押圧せしめてウエーハの上面を研削する第１の研削工程を実施し、次に、ウエーハを保持したチャックテーブルを研削砥石の側方に移動して結晶方位を示すマークを所定方向に向けて位置付けるとともに研削砥石を所定量研削送りして研削作用位置に位置付け、ウエーハを保持したチャックテーブルが研削作用位置に位置付けられ回転している研削砥石に向けて相対的に平行移動して研削砥石をウエーハの外周から所定方向に作用せしめてウエーハの上面を研削する第２の研削工程を実施するウエーハの研削方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照）
特開２００５−２８５５０号公報

而して、上記特許文献２に開示されたウエーハの研削方法においては、上記第２の研削工程を実施する際に、ウエーハの外周面が研削砥石に接触する衝撃でウエーハが欠ける虞がある。

本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、研削効率を低下することなく、抗折強度が低いチップの発生を防止するとともに欠けの発生を防止することができるウエーハの研削方法を提供することにある。

上記技術課題を解決するために、本発明によれば、結晶方位を有するウエーハをチャックテーブルの保持面に保持し、該チャックテーブルの保持面に保持された該ウエーハの上面に回転する研削砥石の研削面を作用せしめて該ウエーハの上面を研削するウエーハの研削方法であって、
該ウエーハを保持した該チャックテーブルを回転するとともに該研削砥石を回転しつつ該ウエーハの中心を通過する位置に位置付け該チャックテーブルの保持面に垂直な方向に研削送りすることにより該ウエーハの上面を研削する第１の研削工程と、
該第１の研削工程を実施した後、該チャックテーブルおよび該研削砥石を回転した状態で、該チャックテーブルと該研削砥石を一方向に相対的に平行移動して該ウエーハの外周部上面を該研削砥石の回転軌跡の直下に位置付けるウエーハ位置付け工程と、
該ウエーハ位置付け工程が実施された該チャックテーブルに保持されている該ウエーハの結晶方位を示すマークを所定方向に向けて位置付けて該チャックテーブルの回転を停止し、該研削砥石を回転しつつ該チャックテーブルの保持面に垂直な方向に所定量研削送りした後、該チャックテーブルと該研削砥石を他方向に相対的に平行移動して加工送りすることにより、該第１の研削工程によって研削されたウエーハの上面を研削する第２の研削工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの研削方法が提供される。

本発明によるウエーハの研削方法においては、第１の研削工程によってウエーハを保持したチャックテーブルを回転するとともに研削砥石を回転しつつウエーハの中心を通過するように作用せしめて所定の厚さになるまで研削するので、研削効率を低下することなく研削することができる。そして、所定の厚さに研削されたウエーハを第２の研削工程において被研削面を研削することにより結晶方位を示すマークに対して抗折強度が低下し易い方向にソーマークが形成されないため、分割後のチップの抗折強度の低下が防止できる。また、第２の研削工程は、ウエーハの外周部上面を研削砥石の回転軌跡の直下に位置付け研削砥石を研削送りした後にチャックテーブルと研削砥石を加工送りするので、研削砥石がウエーハから離れないため円滑に遂行され、ウエーハに衝撃を与えることはない。

以下、本発明によるウエーハの研削方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には本発明による研削方法を実施するための研削装置の斜視図が示されている。
図示の研削装置は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。この装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ実質上鉛直に上方に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研削手段としての研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研削ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット３２を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３にスピンドルユニット３２が取り付けられる。

スピンドルユニット３２は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング３２１と、該スピンドルハウジング３２１に回転自在に配設された回転スピンドル３２２と、該回転スピンドル３２２を回転駆動するための駆動手段としてのサーボモータ３２３とを具備している。回転スピンドル３２２の下端部はスピンドルハウジング３２１の下端を越えて下方に突出せしめられており、その下端には円板形状の工具装着部材３２４が設けられている。なお、工具装着部材３２４には、周方向に間隔をおいて複数のボルト挿通孔（図示していない）が形成されている。この工具装着部材３２４の下面に研削工具３２５が装着される。研削工具３２５は図２に図示する如く、周方向に間隔をおいてその上面から下方に延びる複数の盲ねじ穴３２６ａが形成された環状の支持部材３２６と、該支持部材３２６の下面に装着された環状の研削砥石３２７とから構成されている。なお、環状の研削砥石３２７は、複数の砥石片３２７ａを支持部材３２６の下面に同一円周上に配設することによって構成される。この環状の研削砥石３２７の外径は、後述する被加工物としてのウエーハの外径の２倍以上であることが望ましい。このように構成された研削工具３２５は、上記工具装着部材３２４の下面に位置付け、工具装着部材３２４に形成されている貫通孔を通して支持部材３２６に形成されている盲ねじ孔３２６ａに締結ボルト３２８を螺着することによって、工具装着部材３２４に装着される。

図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態における研削装置は、上記研削ユニット３を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向）に移動せしめる研削ユニット送り機構４を備えている。この研削ユニット送り機構４は、直立壁２２の前側に配設され実質上鉛直に延びる雄ねじロッド４１を具備している。この雄ねじロッド４１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材４２および４３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材４２には雄ねじロッド４１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ４４が配設されており、このパルスモータ４４の出力軸が雄ねじロッド４１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には鉛直方向に延びる貫通雌ねじ穴が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド４１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ４４が正転すると移動基台３１即ち研削ユニット３が下降即ち前進（研削送り）せしめられ、パルスモータ４４が逆転すると移動基台３１即ち研削ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。

図１および図３を参照して説明を続けると、ハウジング２の主部２１にはチャックテーブル機構５が配設されている。チャックテーブル機構５は、支持基台５１と該支持基台５１に配設されたチャックテーブル５２とを含んでいる。支持基台５１は、上記ハウジング２の主部２１上に前後方向（直立壁２２の前面に垂直な方向）である矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に延在する一対の案内レール２３、２３上に摺動自在に載置されており、後述するチャックテーブル移動機構５６によって図１に示す被加工物載置域２４（図３において実線で示す位置）と上記スピンドルユニット３２を構成する研削工具３２５の研削砥石３２７の研削面（下端面）と対向する研削域２５（図３において２点鎖線で示す位置）との間で移動せしめられる。上記チャックテーブル５２は、多孔質セラミッックスの如き適宜の多孔性材料から構成されており、図示しない吸引手段に接続されている。従って、チャックテーブル５２を図示しない吸引手段に選択的に連通することにより、上面即ち保持面上に載置された被加工物である後述するウエーハを吸引保持する。また、チャックテーブル５２は、上記支持基台５１に回転可能に支持されている。このチャックテーブル５２は、その下端に装着された回転軸（図示せず）に連結された回転駆動手段としてのサーボモータ５３によって回転せしめられる。なお、図示のチャックテーブル機構５はチャックテーブル５２を挿通する穴を有し上記支持基台５１等を覆うカバー部材５４を備えており、このカバー部材５４は支持基台５１とともに移動可能に構成されている。

図３を参照して説明を続けると、図示の実施形態における研削装置は、上記チャックテーブル機構５を一対の案内レール２３に沿って矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に移動せしめるチャックテーブル移動機構５６を具備している。チャックテーブル移動機構５６は、一対の案内レール２３間に配設され案内レール２３と平行に延びる雄ねじロッド５６１と、該雄ねじロッド５６１を回転駆動するサーボモータ５６２を具備している。雄ねじロッド５６１は、上記支持基台５１に設けられたネジ穴５１１と螺合して、その先端部が一対の案内レール２３、２３に連結して取り付けられた軸受部材５６３によって回転自在に支持されている。サーボモータ５６２は、その駆動軸が雄ねじロッド５６１の基端と伝動連結されている。従って、サーボモータ５６２が正転すると支持基台５１即ちチャックテーブル機構５が矢印２３ａで示す方向に移動し、サーボモータ５６２が逆転すると支持基台５１即ちチャックテーブル機構５が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる。

図１に戻って説明を続けると、上記チャックテーブル機構５を構成する支持基台５１の移動方向両側には、横断面形状が逆チャンネル形状であって、上記一対の案内レール２３、２３や雄ねじロッド５６１およびサーボモータ５６２等を覆っている蛇腹手段６１および６２が付設されている。蛇腹手段６１および６２はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段６１の前端は主部２１の前面壁に固定され、後端はチャックテーブル機構５のカバー部材５４の前端面に固定されている。蛇腹手段６２の前端はチャックテーブル機構５のカバー部材５４の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル機構５が矢印２３ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６１が伸張されて蛇腹手段６２が収縮され、チャックテーブル機構５が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６１が収縮されて蛇腹手段６２が伸張せしめられる。

以上のように構成された研削装置を用いて、結晶方位を有するウエーハを研削する研削方法について説明する。
図４には、本発明によるウエーハの研削方法によって研削される結晶方位を有するウエーハ１０が示されている。図４に示す結晶方位を有するウエーハ１０は、シリコン基板からなっており、その表面１０ａには格子状に配列された複数のストリート（分割予定ライン）１０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１０２が形成されている。このウエーハ１０は、外周の所定部位に結晶方位を示すマークとしてノッチ（Ｎ）が形成されている。このように構成されたウエーハ１０の裏面１０bを研削するには、図５に示すように表面１０ａにデバイス１０２を保護するための保護テープ１１を貼着する（保護テープ貼着工程）。

次に、表面１０ａに保護テープ１１が貼着されたウエーハ１０を図１に示す研削装置における被加工物載置域２４に位置付けられているチャックテーブル５２の保持面上に、裏面１０ｂを上側にして載置する。このようにしてチャックテーブル５２の保持面上に載置されたウエーハ１０は、図示しない吸引手段によってチャックテーブル５２上に吸引保持される。

チャックテーブル５２上にウエーハ１０を吸引保持したならば、チャックテーブル移動機構５６（図３参照）を作動してチャックテーブル機構５を矢印２３ａで示す方向に移動し、チャックテーブル５２上に保持されたウエーハ１０を研削砥石３２７の下方の研削域２５に位置付ける。なお、この状態においてチャックテーブル５２上に保持されたウエーハ１０は、図６の（ａ）および（ｂ）に示すようにその中心（Ｐ）を研削砥石３２７が通過する位置に位置付けられている。このようにして、ウエーハ１０が研削域２５に位置付けられたならば、上記サーボモータ５３を駆動してチャックテーブル５２を３００ｒｐｍで回転し、上記サーボモータ３２３を駆動して研削工具３２５を６０００ｒｐｍで回転するとともに、上記研削ユニット送り機構４のパルスモータ４４を正転駆動して研削ユニット３を図６の（ａ）において２点鎖線で示す待機位置から下降せしめて（研削送り）、研削砥石３２７の研削面である下端面をチャックテーブル５２上に保持されたウエーハ１０の上面（裏面１０b）に押圧せしめる。そして、研削工具３２５を所定量下降せしめて（研削送り）、ウエーハ１０を所定の厚さに研削する（第１の研削工程）。この所定の厚さは、仕上げ寸法より２μｍ程度厚い寸法に設定されている。このようにして、第１の研削工程が実施されたウエーハ１０の上面（裏面１０b）には、図６の（ｃ）に示すようにウエーハ１０の回転中心Pから外周に向かって放射状にソーマーク(S1)が形成される。

上述した第１の研削工程を実施したならば、チャックテーブル５２および研削砥石３２７を回転した状態で、チャックテーブル５２と研削砥石３２７を一方向に相対的に平行移動してウエーハ１０の外周部上面を研削砥石３２７の回転軌跡の直下に位置付けるウエーハ位置付け工程を実施する。即ち、図７の(a)に示す上記第１の研削工程を実施した状態から、上記チャックテーブル移動機構５６のサーボモータ５６２を逆転駆動してチャックテーブル５２を矢印２３ｂで示す方向に移動する。そして、図７の(b)に示すようにチャックテーブル５２に保持されたウエーハ１０の外周部上面が研削砥石３２７の回転軌跡の直下に移動したならば、上記チャックテーブル移動機構５６のサーボモータ５６２の作動を停止してチャックテーブル５２の移動を停止する。

上述したウエーハ位置付け工程を実施したならば、チャックテーブル５２に保持されたウエーハ１０の結晶方位を示すマークを所定方向に向けて位置付けてチャックテーブル５２の回転を停止し、研削砥石３２７を回転しつつチャックテーブルの保持面に垂直な方向に所定量研削送りした後、チャックテーブル５２と研削砥石３２７を他方向に相対的に平行移動して加工送りすることにより、第１の研削工程によって研削されたウエーハの上面（裏面１０b）を研削する第２の研削工程を実施する。この第２の研削工程について図８を参照して説明する。

第２の研削工程は、先ず、図８の(a)に示すようにチャックテーブル５２に保持されたウエーハ１０の結晶方位を示すノッチ（Ｎ）とウエーハ１０の中心を結ぶ線がチャックテーブル５２の移動方向矢印２３ａおよび矢印２３ｂに対して垂直となるように位置付け、チャックテーブル５２の回転を停止する。次に、図８の(b)に示すように研削工具３２５を回転しつつ所定量下降せしめて研削送りし、研削砥石３２７を研削作用位置に位置付けする。この結果、図８の(c)において実線で示すようにウエーハ１０の外周部（図８の(c)において右端部）は、所定量(t)研削される。なお、所定量(t)即ちウエーハの上面（裏面１０b）からの研削送り量は、図示の実施形態においては２μｍに設定されている。このように研削砥石３２７が研削作用位置に位置付けられた状態で、上記チャックテーブル移動機構５６のサーボモータ５６２を正転駆動してチャックテーブル５２を矢印２３a示す方向に６〜１０ｃｍ／分の加工送り速度で研削砥石３２７に対して平行に加工送りし、図８の(c)においてに２点鎖線で示す研削終了位置まで移動せしめる。なお、研削終了位置は、ウエーハ１０の矢印２３ａで示す加工送り方向にみて後端が研削砥石３２７の下端面を通過した所定位置に設定されている。この結果、ウエーハ１０の上面（即ち裏面）は、回転する研削砥石３２７によって研削される。このようにしてチャックテーブル機構５を研削終了位置まで移動したら、研削工具３２５を図８の(c)において２点鎖線で示す待機位置に位置付ける。この結果、ウエーハ１０の上面（裏面１０b）である被研削面には、図９に示すように上記第１の研削工程において形成されたソーマーク(S1)が除去され、ノッチ（Ｎ）に対して略垂直なソーマーク（Ｓ2）が形成される。即ち、第２の研削工程においては、抗折強度が低下するチップが発生し易い領域（例えば、シリコンの場合にはノッチ（Ｎ）と４５度の方向の領域）に相当する部位にはノッチ（Ｎ）と４５度の方向にはソーマークは形成されない。なお、ソーマーク（Ｓ2）は直線に近くなる程望ましく、従って、研削砥石３２７の外径がウエーハ１０の外径に対して２倍以上であることが望ましい。

以上のように本発明によれば、第１の研削工程によってウエーハ１０を保持したチャックテーブル５２を回転するとともに研削砥石３２７を回転しつつウエーハ１０の中心を通過するように作用せしめて所定の厚さになるまで研削するので、研削効率を低下することなく研削することができる。そして、所定の厚さに研削されたウエーハ１０を第２の研削工程において被研削面を研削することにより結晶方位に対して抗折強度が低下し易い方向にソーマークが形成されないため、分割後のチップの抗折強度の低下が防止できる。また、第２の研削工程は、ウエーハ１０の外周部上面を研削砥石の回転軌跡の直下に位置付け研削砥石３２７を研削送りした後にチャックテーブル５２と研削砥石３２７を加工送りするので、研削砥石３２７がウエーハ１０から離れないため円滑に遂行され、ウエーハ１０に衝撃を与えることはない。
なお、ウエーハの表面に形成されたデバイスが長方形の場合には、上記第２の研削工程において形成されるソーマーク（Ｓ2）が長方形のデバイスの長辺に対して略平行となるように上記ウエーハ位置付け工程においてウエーハを位置付けることが望ましい。

本発明によるウエーハの研削方法を実施するための研削装置の斜視図。図１に示す研削装置に装備される研削ユニットを構成する研削工具を示す斜視図。図１に示す研削装置に装備されるチャックテーブル機構およびチャックテーブル移動機構を示す斜視図。本発明による研削方法によって研削されるウエーハの斜視図。本発明によるウエーハの研削方法における保護テープ貼着工程の説明図。本発明によるウエーハの研削方法における第１の研削工程の説明図。本発明によるウエーハの研削方法におけるウエーハ位置付け工程の説明図。本発明によるウエーハの研削方法における第２の研削工程の説明図。本発明によるウエーハの研削方法によって研削されたウエーハの研削面を示す説明図。

符号の説明

２：装置ハウジング
３：研削ユニット
３１：移動基台
３２：スピンドルユニット
３２１：スピンドルハウジング
３２２：回転スピンドル
３２３：サーボモータ
３２４：工具装着部材
３２５：研削工具
３２６：支持部材
３２７：研削砥石
４：研削ユニット送り機構
４４：パルスモータ
５：チャックテーブル機構
５１：支持基台
５２：チャックテーブル
５３：サーボモータ
５４：カバー部材
５６：チャックテーブル移動機構
６１、６２：蛇腹手段
１０：ウエーハ（被加工部材）

Claims

結晶方位を有するウエーハをチャックテーブルの保持面に保持し、該チャックテーブルの保持面に保持された該ウエーハの上面に回転する研削砥石の研削面を作用せしめて該ウエーハの上面を研削するウエーハの研削方法であって、
該ウエーハを保持した該チャックテーブルを回転するとともに該研削砥石を回転しつつ該ウエーハの中心を通過する位置に位置付け該チャックテーブルの保持面に垂直な方向に研削送りすることにより該ウエーハの上面を研削する第１の研削工程と、
該第１の研削工程を実施した後、該チャックテーブルおよび該研削砥石を回転した状態で、該チャックテーブルと該研削砥石を一方向に相対的に平行移動して該ウエーハの外周部上面を該研削砥石の回転軌跡の直下に位置付けるウエーハ位置付け工程と、
該ウエーハ位置付け工程が実施された該チャックテーブルに保持されている該ウエーハの結晶方位を示すマークを所定方向に向けて位置付けて該チャックテーブルの回転を停止し、該研削砥石を回転しつつ該チャックテーブルの保持面に垂直な方向に所定量研削送りした後、該チャックテーブルと該研削砥石を他方向に相対的に平行移動して加工送りすることにより、該第１の研削工程によって研削されたウエーハの上面を研削する第２の研削工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの研削方法。