JP2009253143A - 半導体ウェハ研削用砥石、半導体ウェハ研削装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中央部が外周端部よりも薄い半導体ウェハにおけるデバイスの形成領域を広げること。
【解決手段】半導体ウェハ１をチャックステージ３００に保持させて回転させる。そして、側面の底端部に突起部を有し、突起部を含む底面が平坦であり、かつ突起部を含む底面の径が、半導体ウェハ１の中央部２に形成する凹部の径と同じかそれよりも小さい径の第１砥石１００を、リブ部３に接触させないように、降下させる。第１砥石１００を例えば矢印Ｄ１で示すような時計回り方向に自転させながら、例えば矢印Ｄ３で示すような時計回り方向に公転させて中央部２に押し付け、徐々に公転の回転の径を大きくして、中央部２とリブ部３との境界部分を研削する。このようにして、中央部２からリブ部３の側面より外に向かって平坦な面を延ばす。
【選択図】図１０

Description

この発明は、電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置の製造に関し、特にデバイス厚が薄い薄型半導体デバイスを製造する際に用いられる半導体ウェハ研削用砥石、半導体ウェハ研削装置および半導体装置の製造方法に関する。

従来、例えばシリコンなどの半導体ウェハにおいては、半導体ウェハに形成されるデバイスチップの高性能化のために、半導体ウェハを薄板化する技術が提案されている。図１４は、従来の、半導体ウェハを薄板化する方法について示す平面図である。また、図１５は、図１４の切断線Ｅ−Ｅ'の断面構造を示す断面図である。

図１４または図１５に示すように、従来の方法においては、半導体ウェハ１をチャックステージ３００に保持させ、例えば５００ｒｐｍ以下の低回転速度で例えば矢印Ｄ０で示すように時計回り方向に回転させる。ついで、全面研削用砥石４００を３０００ｒｐｍ以上の高回転速度で例えば矢印Ｄ４で示すように時計回り方向に回転させたまま、低速回転している半導体ウェハ１に接するまで降下させる。そして、全面研削用砥石４００を半導体ウェハ１に押し付けて、半導体ウェハ１の全面を研削する。このようにすることで、半導体ウェハ１の全面を薄板化し、かつ研削面を平坦にすることができる。

しかしながら、薄板化した半導体ウェハは、機械的強度が弱く、割れやすくなったり、反りが大きくなったりするという問題がある。このため、半導体ウェハの外周端部に、中央部よりも厚いリブ部を設けたリブ構造の半導体ウェハ（以下、リブウェハとする）が提案されている。

リブウェハの製造方法としては、半導体ウェハの外周端部を残し、中央部のみを研削する方法がある（例えば、下記特許文献１参照。）。具体的には、半導体ウェハをチャックステージに保持させ、回転させる。そして、半導体ウェハの径よりも小さい径のリブウェハ研削用砥石を、このリブウェハ研削用砥石の中心付近を中心として回転（自転）させたまま、回転している半導体ウェハに接するまで降下させる。そして、後に形成されるリブ部の幅分だけ外周端部を残し、半導体ウェハの中央部のみを研削する。このとき、リブウェハ研削用砥石を、自転させたまま、さらに半導体ウェハの中央部の中心付近を中心として回転（公転）させる。

しかしながら、研削を行うことにより、半導体ウェハの研削面に、砥石の砥粒の粒径と同程度の深さの加工ダメージ層が生じる。この加工ダメージ層をできるだけなくすため、砥粒の粒径が細かい研削用砥石を用いることが考えられる。しかし、砥粒の粒径が細かい研削用砥石を用いる場合、研削速度を速くすると半導体ウェハに焼き付き現象が生じるため、遅い速度でしか研削することができない。したがって、生産効率が低下するという問題がある。

このような問題を解決するため、異なる粒径の砥石によって、複数回に分けて研削を行う方法が提案されている。具体的には、まず、砥粒の粒径の粗い砥石を用いて粗研削を行った後に、さらに砥粒の粒径の細かい砥石を用いて仕上げ研削を行う方法がある。

特開２００７−１０３５８２号公報

しかしながら、従来の研削用砥石においては、最初から研削面の角部が凸曲面状に面取りされているか、または、研削面の角部が元は略直角であっても、研削に用いられるごとに角部が摩耗して凸曲面状に丸くなってしまう。研削の際に、研削用砥石の角部は、ウェハの中央部（凹部の底面）とリブ部（リブ部の内周側の側壁）との境界の部分（以下、境界部分とする）に接触する。したがって、境界部分の形状が研削用砥石の角部の形状によって決まるため、研削用砥石の角部が凸曲面状になっていると、境界部分の角度が直角にならず、凹曲面状に丸くなる。境界部分において、凹曲面の領域は、中央部の他の領域と厚さが異なるため、この凹曲面の領域にはデバイスを形成することができないという問題がある。

図１６は、従来の複数回に分けて研削を行う際の問題点について示す断面図である。複数回に分けて研削を行う場合、図１６に示すように、すでに第１の砥石によって研削されて形成されたリブ部３に、つぎに用いる第２の砥石２１０が接触すると、第２の砥石２１０が傾いてしまい、半導体ウェハ１の中央部２が水平に研削されない。これによって、半導体ウェハ１の中央部２の厚さにばらつきが生じるため、半導体ウェハ１に形成されるデバイスの特性にばらつきが生じ、良品率が低下するという問題がある。また、第１の砥石によって形成されたリブ部３に、第２の砥石２１０が接触することで、リブ部３が破損する可能性もある。

図１７または図１８は、従来の複数回に分けて研削を行う方法について示す図である。また、図１８の上の図は、複数回に分けて研削を行う方法について示す平面図であり、下の図は、上の図の切断線Ｆ−Ｆ'における断面構造を示す断面図である。図１７に示すように、第２の砥石２１０によって研削する範囲を、第１の砥石によって研削した範囲より小さくして、第１の砥石によって形成されたリブ部３に、第２の砥石２１０が接触しないようにする方法が提案されている。

この提案によれば、図１８に示すように、すでに第１の砥石により研削された範囲よりも内側を第２の砥石２１０で研削するため、リブ部３よりも内側に凹曲面や段差が形成される。例えば、２つの砥石を用いて研削を行った場合、第１の砥石の角部により形成された凹曲面４の内側に、第２の砥石の角部により研削された凹曲面４１がさらに形成される。このように、研削を行った回数が増えるにつれて、中央部２とリブ部３との境界の、中央部２の他の領域と厚さが異なる領域（例えば、凹曲面４および凹曲面４１）が増える。したがって、研削回数が多ければ多いほど、素子構造６を形成する領域が狭くなる。これによって、１枚の半導体ウェハ１から取れるチップの数が少なくなるため、スループットが低下し、かつコストが増えるという問題がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、中央部が外周端部よりも薄い半導体ウェハにおけるデバイスの形成領域を広げることができる半導体ウェハ研削用砥石、半導体ウェハ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。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる半導体ウェハ研削用砥石は、側面の底端部に突起部を有し、前記突起部を含む底面が平坦であり、かつ当該突起部を含む底面の径が、半導体ウェハの中央部に形成される凹部の径と同じかそれよりも小さい径であることを特徴とする。

また、請求項２の発明にかかる半導体ウェハ研削装置は、研削対象の中心を回転の中心として、側面の底端部に突起部を有する研削用砥石を回転させるときの径の大きさを調整する位置調整機構を備えることを特徴とする。

また、請求項３の発明にかかる半導体ウェハ研削装置は、請求項２に記載の発明において、前記位置調整機構によって前記研削用砥石を回転させるときの径の大きさを徐々に大きくしながら、当該研削用砥石を回転させることを特徴とする。

また、請求項４の発明にかかる半導体装置の製造方法は、半導体ウェハの裏面の中央部を外周端部よりも薄くして、当該半導体ウェハの裏面の外周端部にリブ部を形成するリブ部形成工程と、前記リブ部に接触しないように、側壁の底端部に突起部を有する研削用砥石の底面を前記中央部に押し付けて、当該中央部を平坦に研削する中央部研削工程と、前記研削用砥石の底面を前記中央部に押し付けたまま、当該研削用砥石の前記突起部の側面を前記中央部と前記リブ部との境界部分に押し付けて、前記中央部から前記リブ部の側面より外に向かって平坦な面を延ばすように前記境界部分を研削する境界部分研削工程と、を含むことを特徴とする。

また、請求項５の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項４に記載の発明において、前記リブ部形成工程においては、砥粒の粒径の異なる砥石を用いて、複数回に分けて研削することで、前記リブ部を形成することを特徴とする。

上述した各請求項の発明によれば、外周端部に中央部より厚いリブ部の形成された半導体ウェハを作製する際に、中央部からリブ部の側面より外に向かって平坦な面を延ばすことができる。したがって、中央部の全面が平坦となるため、デバイスの形成領域を広げることができる。これによって、１枚の半導体ウェハから採取可能なチップ数が増え、スループットが向上し、コストが低くなる。

また、請求項２または３の発明によれば、外周端部に中央部より厚いリブ部の形成された半導体ウェハを作製する際に、側面の底端部に突起部を有する研削用砥石を、まず、リブ部に接触させずに、中央部に押し付けて、その後に、突起部によって中央部とリブ部との境界部分を研削することができる。したがって、研削用砥石がリブ部に接触することを防ぐことができる。このため、研削用砥石が傾いたり、リブ部が破損したりすることを防ぐことができる。

また、請求項５の発明によれば、外周端部に中央部より厚いリブ部の形成された半導体ウェハを作製する際に、砥粒の粒径が異なる砥石を用いて、複数回に分けて中央部を研削した後に、中央部からリブ部の側面より外に向かって平坦な面を延ばすことができる。

本発明にかかる半導体ウェハ研削用砥石、半導体ウェハ研削装置および半導体装置の製造方法によれば、中央部が外周端部よりも薄い半導体ウェハにおけるデバイスの形成領域を広げることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体ウェハ研削用砥石、半導体ウェハ研削装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明およびすべての添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる半導体ウェハ研削用砥石について示す平面図である。また、図２は、図１の切断線Ａ−Ａ'における断面構造を示す断面図である。図１または図２に示す実施の形態１にかかる半導体ウェハ研削用砥石は、リブウェハを製造する際に、半導体ウェハの外周端部を残して、中央部のみを研削するために用いるリブウェハ研削用砥石である。

図１または図２に示すように、実施の形態１にかかる第１砥石１００は、ホイール取付部１０１の下端に、ホイール取付部１０１より一様に側方に突出したフランジ部（突起部）１０２を有している。ホイール取付部１０１の形状は、直径Ｒ２の円柱状であり、フランジ部１０２の形状は、直径Ｒ１の円盤状である。フランジ部１０２の直径Ｒ１は、ホイール取付部１０１の直径Ｒ２よりも大きく、ホイール取付部１０１とフランジ部１０２との間は傾斜面となっている。また、第１砥石１００の研削面側の径（フランジ部の径）Ｒ１は、研削を行う半導体ウェハの外径から、後に形成されるリブ部の幅を減算した値と同じかそれよりも小さい値である。

第１砥石１００においては、ホイール取付部１０１側が、第１砥石１００を回転させるための半導体ウェハ研削装置が有する図示しない研削ホイールに取り付けられる。そして、フランジ部１０２の下面が半導体ウェハの中央部の底面に押し付けられ、フランジ部１０２の側面が半導体ウェハの中央部とリブ部との境界部分に押し付けられる。

図３は、実施の形態１にかかる半導体ウェハ研削用砥石の第１変形例について示す断面図である。平面構造は、図１と同様のため説明を省略する。図３に示すように、第１変形例の砥石１１０は、第１砥石１００と異なり、ホイール取付部１０１とフランジ部１０２との間が、傾斜面となっていない。その他の構成は同様のため、説明を省略する。

図４は、実施の形態１にかかる半導体ウェハ研削用砥石の第２変形例について示す断面図である。平面構造は、図１と同様のため説明を省略する。図４に示すように、第２変形例の砥石１２０は、ホイール取付部１０１の下端に、ホイール取付部１０１から傾斜して突出したフランジ部１０３を有している。フランジ部１０３の上面の直径は、ホイール取付部１０１の直径Ｒ２と同じであり、フランジ部１０３の下面の直径Ｒ１は、ホイール取付部１０１の直径Ｒ２より大きい。その他の構成は同様のため、説明を省略する。

実施の形態１によれば、半導体ウェハの中央部を外周端部よりも薄くする際に用いられる砥石において、側面の底端部に突起部を有しており、この突起部を含む底面が平坦であり、かつ突起部を含む底面の径が、半導体ウェハの中央部に形成する凹部の径と同じかそれよりも小さい径である。したがって、中央部からリブ部の側面より外に向かって平坦な面を延ばすことができる。このように、リブ部と中央部との境界部分において、リブ部の側面を内部の方にえぐれた形状にすることができる。このため、例えば砥石の角部に凸曲面状に丸くなっていても、中央部の全面の厚さを均一にすることができ、中央部の全面に素子構造を形成することができる。したがって、デバイスの形成領域が増え、１つの半導体ウェハから採取可能なチップ数が多くなる。これによって、スループットが向上し、かつ生産コストを抑えることができる。

（実施の形態２）
つぎに、半導体装置の製造方法について説明する。図５〜図１１は、実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について順に示す図である。実施の形態２においては、上述した実施の形態１において説明した半導体ウェハ研削用砥石を、半導体ウェハ研削装置の備える研削ホイールに取り付ける砥石として用いている。なお、図６は、図５の切断線Ｂ−Ｂ'における断面構造を示す断面図であり、図９は、図８の切断線Ｃ−Ｃ'における断面構造を示す断面図である。また、図１１において、上の図は実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置の構造を示す平面図であり、下の図は、上の図の切断線Ｄ−Ｄ'における断面構造を示す断面図である。

まず、図５または図６に示すように、半導体ウェハ１をチャックステージ３００に保持させて、例えば５００ｒｐｍ以下の低回転速度で例えば矢印Ｄ０で示すように時計回りに回転させる。ついで、砥粒の粒径の粗いリブウェハ研削用砥石２００を３０００ｒｐｍ以上の高回転速度で例えば矢印Ｄ１で示すような時計回り方向に自転させたまま、低速回転している半導体ウェハ１に接するまで降下させる。ここで、自転とは、リブウェハ研削用砥石２００の中心ＯＡを中心としてリブウェハ研削用砥石２００を例えば矢印Ｄ１で示すような時計回り方向に回転させる動きである。このとき、リブウェハ研削用砥石２００を降下させる位置は、半導体ウェハ１の外径より、後に形成されるリブ部の幅分、内側とする。

そして、リブウェハ研削用砥石２００を自転させながら半導体ウェハ１に押し付け、かつリブウェハ研削用砥石２００を例えば矢印Ｄ２で示すような時計回り方向に公転させる。ここで、公転とは、後に形成される凹部（半導体ウェハの中央部）の中心ＯＢを回転の中心として、リブウェハ研削用砥石２００を例えば矢印Ｄ２で示すような時計回り方向に回転させる動きである。このとき、リブウェハ研削用砥石２００の外周端部が、後に形成されるリブ部の内周に沿うように公転させる。リブウェハ研削用砥石２００の中心ＯＡと、半導体ウェハの中央部の中心ＯＢとの、位置が異なる場合、リブウェハ研削用砥石２００は、自転しながら公転する遊星運動を行うこととなる。このようにして、図７に示すように、半導体ウェハ１の外周端部を残し、中央部２のみ研削する。この外周端部が、リブ部３となる。

ついで、図８または図９に示すように、第１砥石１００を自転させたまま、第１砥石１００のフランジ部が、リブ部３に接しないように、第１砥石１００を降下させる。ついで、図１０に示すように、図示しない位置調節機構によって第１砥石１００を、径を徐々に大きくしながら例えば矢印Ｄ３で示すような時計回り方向に公転させて、第１砥石１００のフランジ部の側面を、中央部２とリブ部３との境界部分に押し付ける。このとき、第１砥石１００のホイール取付部の側壁がリブ部３の内周側の側壁に接触しないようにする。このようにすることで、図１１に示すように、半導体ウェハ１の中央部２とリブ部３との境界部分において、リブ部３の側面に内部の方にえぐれた形状５が形成される。すなわち、中央部２からリブ部３の側面より外に向かって平坦な面を延ばすことができるので、中央部２の全面を平坦にすることができる。したがって、半導体ウェハ１の裏面側の中央部２の表面に素子構造６を形成する際に、リブ部３から中央部２に下ろした垂線７の位置まで素子構造６を形成することができる。

実施の形態２によれば、中央部の全面の厚さが均一となるため、リブ部の側面のすぐ側まで素子構造６を形成することができる。したがって、デバイスの形成領域が増え、１つの半導体ウェハから採取可能なチップ数が多くなる。

なお、実施の形態２においては、第１砥石１００を用いた例について説明したが、第１変形例の砥石１１０（図３）または第２変形例の砥石１２０（図４）を用いてもよい。すなわち、砥石の形状は、中央部からリブ部の側面より外に向かって平坦な面を延ばすことができる形状であればよい。

（実施の形態３）
つぎに、実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図１２は、実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法においては、例えば図１２に示すように、半導体ウェハがすでに複数回に分けて研削された後に、第１砥石１００を用いる場合について説明する。まず、第１砥石１００のフランジ部が、最も内側の凹曲面４１に接触しないように、第１砥石１００を降下させる。そして、第１砥石１００を、図示しない位置調整機構により径を徐々に大きくしながら例えば矢印Ｄ３で示すような時計回り方向に公転させて、フランジ部を最も内側の凹曲面４１に押し付ける。そして、そのまま第１砥石１００が中央部の外側に向かうように公転の径を大きくして、最も外側の凹曲面４に押し付ける。このとき、第１砥石１００のホイール取付部の側壁がリブ部３の内周側の側壁に接触しないようにする。

実施の形態３によれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。さらに、リブウェハの中央部を複数回に分けて研削した後にも、実施の形態１にかかる半導体ウェハ研削用砥石を用いることができる。

（実施例と従来例の比較）
つぎに、実施の形態２または実施の形態３にかかる製造方法によって製造されたリブウェハ（実施例とする）と、従来の、２回に分けて研削を行う方法によって製造されたリブウェハ（従来例とする）と、を比較する。図１３は、リブウェハに形成される有効チップ数を比較する図である。実施例および比較例においては、同じ大きさの半導体ウェハ１の外周端部に、リブ部３の表面の幅が同じとなるように中央部２を研削した。従来例においては、まず、砥粒の粒径が粗い砥石と、砥粒の粒径が細かい砥石と、をこの順に用いて研削を行った。したがって、リブ部３と中央部２との境界部分には、粗い砥石による凹曲面４と、細かい砥石による凹曲面４１と、が外側から、この順に形成されている。凹曲面４、４１の表面には、素子構造６を形成することができないため、素子構造６を形成可能な面積が狭くなる。このため、半導体ウェハ１を格子状に切断してチップを取り出す際に、１枚の半導体ウェハ１から採取可能な有効チップ（図中●印）数は、例えば１３７枚となる。

一方、実施例においては、上述した第１砥石により、リブ部３と中央部２との境界部分に形成された凹曲面を研削した。これにより、半導体ウェハ１の中央部２とリブ部３との境界部分において、リブ部３の側面に内部の方にえぐれた形状５が形成されている。したがって、図１３に示す従来例において凹曲面４、４１が形成された領域にも素子構造６を形成することができる。このため、半導体ウェハ１を格子状に切断してチップを取り出す際に、１枚の半導体ウェハ１から採取可能な有効チップ（図中●印および○印）数は、○印で示すチップ分だけ従来例よりも増えて、例えば１７７枚となる。このように、実施例においては、従来例に比べると、同じ大きさの半導体ウェハでもデバイスの形成領域が増えて、１枚の半導体ウェハから採取可能な有効チップ数が増えるため、スループットが向上し、かつ生産コストを抑えることができる。

以上のように、本発明にかかる半導体ウェハ研削用砥石、半導体ウェハ研削装置および半導体装置の製造方法は、デバイス厚の薄い半導体装置を製造するのに有用であり、特に、電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置を製造するのに適している。

実施の形態１にかかる半導体ウェハ研削用砥石について示す平面図である。 図１の切断線Ａ−Ａ'における断面構造を示す断面図である。 実施の形態１にかかる半導体ウェハ研削用砥石の第１変形例について示す断面図である。 実施の形態１にかかる半導体ウェハ研削用砥石の第２変形例について示す断面図である。 実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について示す図である。 実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について示す図である。 実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について示す図である。 実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について示す図である。 実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について示す図である。 実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について示す図である。 実施の形態２にかかる半導体装置の製造方法について示す図である。 実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。 リブウェハに形成される有効チップ数を比較する図である。 従来の、半導体ウェハを薄板化する方法について示す平面図である。 図１４の切断線Ｅ−Ｅ'の断面構造を示す断面図である。 従来の複数回に分けて研削を行う際の問題点について示す断面図である。 従来の複数回に分けて研削を行う方法について示す図である。 従来の複数回に分けて研削を行う方法について示す図である。

符号の説明

１ 半導体ウェハ
２ 中央部
３ リブ部
１００ 第１砥石
３００ チャックステージ

Claims (5)

1. 側面の底端部に突起部を有し、前記突起部を含む底面が平坦であり、かつ当該突起部を含む底面の径が、半導体ウェハの中央部に形成される凹部の径と同じかそれよりも小さい径であることを特徴とする半導体ウェハ研削用砥石。
2. 研削対象の中心を回転の中心として、側面の底端部に突起部を有する研削用砥石を回転させるときの径の大きさを調整する位置調整機構を備えることを特徴とする半導体ウェハ研削装置。
3. 前記位置調整機構によって前記研削用砥石を回転させるときの径の大きさを徐々に大きくしながら、当該研削用砥石を回転させることを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェハ研削装置。
4. 半導体ウェハの裏面の中央部を外周端部よりも薄くして、当該半導体ウェハの裏面の外周端部にリブ部を形成するリブ部形成工程と、
   前記リブ部に接触しないように、側壁の底端部に突起部を有する研削用砥石の底面を前記中央部に押し付けて、当該中央部を平坦に研削する中央部研削工程と、
   前記研削用砥石の底面を前記中央部に押し付けたまま、当該研削用砥石の前記突起部の側面を前記中央部と前記リブ部との境界部分に押し付けて、前記中央部から前記リブ部の側面より外に向かって平坦な面を延ばすように前記境界部分を研削する境界部分研削工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記リブ部形成工程においては、砥粒の粒径の異なる砥石を用いて、複数回に分けて研削することで、前記リブ部を形成することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

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