JP2010036303A - 半導体ウェーハ裏面研削用砥石及び半導体ウェーハ裏面研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェーハの裏面研削の粗研削において、研削能率を維持しつつ、さらに研削ダメージの発生を抑制することが可能な半導体ウェーハ裏面研削用砥石及び半導体ウェーハ裏面研削方法を提供する。
【解決手段】半導体ウェーハＷの裏面の研削における仕上げ研削の前工程の粗研削に用いるためのカップ型砥石２であって、超砥粒チップ４が、円盤状の台金３の円形状側面３１に略放射状となり、その長辺が台金３の径方向から粗研削用カップ型砥石２の回転方向に３０〜４２．５°傾斜した範囲内の方向になるように配置したことを特徴とする。これにより、互いの回転に伴うウェーハＷと超砥粒チップ４の研削面４１との接触面積の変動を少なくでき、研削能率を維持しつつ、さらに研削ダメージの発生を抑制することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハの裏面の粗研削に用いる砥石及びそれを用いた研削方法に関するものである。

従来、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの裏面研削には、台金の円形状側面にダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなる超砥粒層を、リング状に形成したカップ型砥石が用いられている。半導体ウェーハの裏面研削においては、厚さ７７５μｍ程度の半導体ウェーハの表面に所定の成膜がされた半導体ウェーハを、粗研削によってほぼ所定の厚さ近くにまで裏側から削り、最後に仕上げ研削によって所定の厚さでかつ平滑な面となるように仕上げをする。ところで、近年、半導体チップの薄型化が進んでおり、それに合わせて、半導体ウェーハの裏面研削においては、粗研削での削り代を大きくして薄いウェーハとする加工が多くなっている。粗研削は、半導体ウェーハ表面の成膜工程等の工程から、次の仕上げ研削工程の間に位置しており、粗研削に多くの加工時間が費やされると、他の工程の待ち時間が生じ、全体の加工能率に影響する。ところが、半導体ウェーハは、単に研削速度を増加すると、ウェーハ焼けや、ウェーハ割れを引き起こす可能性があり、その場合、仕上げ研削での加工負担が大きくなる。そのため、粗研削において、切れ味を向上させることで無理なく研削能率を高め、かつ次工程の仕上げ研削での障害になるような研削ダメージの発生を抑制できる加工が望まれている。

そこで、半導体ウェーハの裏面加工に使用するカップ型砥石の切れ味を向上させる技術開発が種々されており、例えば、特許文献１においては、円盤状の台金の円形状側面に、超砥粒チップを、研削作用面の長辺が台金の径方向にほぼ沿うように略放射状に配置することにより、切れ味を向上させて研削能率を高め、かつ次工程の仕上げ研削での障害になるような半導体ウェーハのクラックやエッジチッピングの研削ダメージの発生を抑制した半導体ウェーハ裏面研削用カップ型砥石が開示されている。
特開２００７−２６６４４１１号公報

しかしながら、半導体ウェーハの裏面研削の粗研削においては、研削能率を維持しつつ、さらに研削ダメージの発生を抑制することが可能な半導体ウェーハ裏面研削用砥石の開発が望まれている。

本発明は、従来技術の上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体ウェーハの裏面研削の粗研削において、研削能率を維持しつつ、さらに研削ダメージの発生を抑制することが可能な半導体ウェーハ裏面研削用砥石及び半導体ウェーハ裏面研削方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の半導体ウェーハ裏面研削用砥石は、半導体ウェーハの裏面の研削における仕上げ研削の前工程の粗研削に用いるための半導体ウェーハ裏面研削用砥石であって、円形の研削作用面を有する台金と、台金の研削作用面の外周部に放射状に複数個配置された四辺形状の超砥粒チップと、を備え、超砥粒チップは、その長辺が研削作用面の径方向から回転方向に３０〜４２．５°傾斜して配置されていることを特徴とする。

上記特許文献１に記載されているように、超砥粒チップの長辺が台金の径方向にほぼ沿うように略放射状に配置することにより、切れ味を向上させることが可能となる。しかし、超砥粒チップの長辺が台金の径方向に完全に沿うように略放射状に配置すると、互いの回転に伴うウェーハと砥石の超砥粒チップとの接触面積の変動が激しくなる。一方、超砥粒チップの長辺が台金の円周方向にほぼ沿うように略リング状に配置した場合は、互いの回転に伴うウェーハと砥石の超砥粒チップとの接触面積の変動は殆どない。そのため、ウェーハと砥石の超砥粒チップとの接触面積が最小となった瞬間に、単位面積当りの荷重値が高くなり、ウェーハが破損する可能性が高くなる。特に、ウェーハの中心部分はウェーハに対する砥石の相対速度が遅くなるため、特定部分に荷重が集中しやすく、バンプの高いウェーハでは割れを生じる可能性が高くなる。しかしながら、超砥粒チップが、その長辺が研削作用面の径方向から回転方向に３０〜４２．５°傾斜して配置されていることにより、ウェーハと砥石の超砥粒チップとの接触面積の変動が少なくなる。これにより、高バンプウェーハを研削する際でも、ウェーハの中心割れを防止することが可能となる。

また、超砥粒チップの超砥粒の平均粒径を、＃２７０〜＃８００とする場合は、半導体ウェーハの裏面の粗研削に好適な超砥粒の範囲とすることができる。

また、隣接する超砥粒チップ間の間隙を、超砥粒チップの研削作用面の短辺の長さよりも大きくする場合は、超砥粒チップを放射状に、且つその長辺が研削作用面の径方向から回転方向に３０〜４２．５°傾斜して配置することによる作用が顕著であり、また切り粉排出も良好なものとすることができる。

さらに、超砥粒チップは、その長辺が回転方向に凸となる円弧状をなす四辺形状とすることができる。この場合、砥石の磨耗を少ないものとして砥石寿命を向上することができる。また、従来から用いられている円弧状超砥粒チップを台金側面にほぼ連続する略リング状に配置したカップ型砥石における超砥粒チップと同様な製造方法によって、超砥粒チップを製造することができ、場合によっては、同じ仕様によって製造もできる。

また、本発明の半導体ウェーハ裏面研削方法は、円形の研削作用面を有する台金と、台金の研削作用面の外周部に放射状に複数個配置された四辺形状の超砥粒チップとを備え、超砥粒チップは、その長辺が研削作用面の径方向から回転方向に３０〜４２．５°傾斜して配置されている半導体ウェーハ裏面研削用砥石を用いて粗研削加工をする粗研削加工ステップと、粗研削加工ステップ後に、円形の研削作用面を有する台金と、台金の研削作用面の外周部にリング状に複数個配置された四辺形状の超砥粒チップとを備え、超砥粒チップは、その長辺が研削作用面の円周方向に沿うように配置されている砥石を用いて仕上げ研削加工をする仕上げ研削加工ステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、前記の超砥粒チップをその長辺が研削作用面の径方向から回転方向に３０〜４２．５°傾斜して配置した砥石による研削能率の維持と研削ダメージの抑制の効果に加え、その後の、超砥粒チップをリング状に配置した砥石による仕上げ研削加工についても切れ味が増加し研削能率の向上した加工とすることができる。したがって、研削加工全体として、研削能率を維持しつつ研削ダメージの発生を抑制することができるとともに、半導体ウェーハの研削面を平滑なものとすることができる。

本発明によれば、半導体ウェーハの裏面研削の粗研削において、研削能率を維持しつつ、さらに研削ダメージの発生を抑制することが可能となる。

以下、図面に基づいて、本発明による半導体ウェーハ裏面粗研削用のカップ砥石、及びそのような粗研削用カップ型砥石による粗研削加工を利用した研削加工方法の好適な実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態の研削装置の全体を示す概念図である。粗研削装置１は、回転軸１１によって回転可能及び軸方向に進退可能に設置された粗研削用カップ型砥石２と、回転軸１１に対して軸心をずらして配置された回転軸１３によって回転可能でかつ半導体ウェーハＷを表面に固定するチャックテーブル１２とから構成される。

仕上げ研削装置５も同様に、回転軸５１によって回転可能及び軸方向に進退可能に設置された仕上げ研削用カップ型砥石６と、回転軸５１に対して軸心をずらして配置された回転軸５３によって回転可能でかつ半導体ウェーハＷを表面に固定するチャックテーブル５２とから構成される。

本実施形態で特徴的な粗研削用カップ型砥石２を図２〜４に示す。図２は、図１のカップ型砥石２を下から見た場合に相当する平面図であり、図３は、そのIII−III断面図である。図２及び３に示すように、粗研削用カップ型砥石２は、円盤状の台金３と、その円形状の側面（研削作用面）３１に放射状になるように取り付けられた四辺形状の超砥粒チップ４とから構成される。台金３の直径は、２００〜３５０ｍｍ程度が好ましい。図４は、図３におけるＩＶ方向（台金３の径方向から粗研削用カップ型砥石２の回転方向に３０〜４２．５°傾斜した方向）から粗研削用カップ型砥石２の周面の一部を見た側面図である。図４に示すように、超砥粒チップ４は、台金３の側面３１に形成された溝３２に挿入されて接着剤によって固定されている。ここで、溝３２は、台金３を径方向から粗研削用カップ型砥石２の回転方向に３０〜４２．５°傾斜した方向に貫通しているが、側面３１を径方向に多少幅の広いものとして、超砥粒チップ４の底面とほぼ同形の穴を形成して、そこに超砥粒チップ４を接着剤によって固定してもよい。超砥粒チップ４の図面における上方の面が、半導体ウェーハＷの裏面に当接する研削面４１となる。

図５（Ａ）は、超砥粒チップ４の斜視図である。図５（Ａ）に示すように、超砥粒チップ４は直方体形状をしており、研削面４１における長辺４２が、台金３の径方向から粗研削用カップ型砥石２の回転方向に３０〜４２．５°傾斜して配置される。ここで、超砥粒チップ４の長辺は５〜５０ｍｍ程度、短辺は２〜５ｍｍ程度、高さは３〜１０ｍｍ程度が好ましい。超砥粒チップ４は、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなる超砥粒をフェノール樹脂やポリイミド樹脂によって結合したレジン砥石、ガラス質の結合材によって結合したビトリファイド砥石が好ましいが、上記のような形状に作製できる超砥粒砥石であれば他の種類のものでもよい。超砥粒の平均粒径は、＃２７０以上、＃８００以下が好ましい。超砥粒の平均粒径を＃２７０以上とすることにより、砥粒が粗すぎて半導体ウェーハ裏面の凹凸が大きくなり過ぎることを防止でき、次工程の仕上げ研削での十分な平滑化を可能とすることができる。また、超砥粒の平均粒径を＃８００以下とすることにより、粗研削としては能率的な研削を行うことができる。

超砥粒チップ４は、その長辺が台金３の径方向から粗研削用カップ型砥石２の回転方向に３０〜４２．５°傾斜した範囲内の方向に配置されていれば、本実施形態の放射状配置としての作用を十分に達成できるものである。また、台金３への配置において、隣接する超砥粒チップ４の間の間隙は、超砥粒チップ４の短辺４３の長さよりも大きいものとすることで、各超砥粒チップ４が放射状に配置されたことによる作用を果たすことができるとともに、十分な間隙による切り粉の排出能力の向上がなされる。

図５（A）では、超砥粒チップ４は、直方体形状のものとして説明したが、図５（B）に示すように、円弧形状とすることができる。この場合、研削面４１における円弧状の長辺４２を、図２に示すと同様に台金３の径方向に配置する。その場合も、超砥粒チップ４は、その長辺が台金３の径方向から粗研削用カップ型砥石２の回転方向に３０〜４２．５°傾斜した範囲内の方向に配置されることや、隣接する超砥粒チップ４の間の間隙は超砥粒チップ４の短辺４３の長さよりも大きいものとすることが望ましいこと等は同様である。また、円弧の凸側は、回転方向側になるように配置することが好ましい。

次に、仕上げ用研削装置５における仕上げ用カップ型砥石６について、図６〜８によって説明する。この仕上げ用カップ型砥石６自体は、従来から使用されているのと同じ型の砥石である。図６は、図１の仕上げ用カップ型砥石６を下から見た場合に相当する平面図であり、図７は、そのVII−VII断面図である。図６及び７に示すように、仕上げ用カップ型砥石６は、円盤状の台金７とその円形状の側面７１に略リング状になるように、ほぼ円周方向に沿って取り付けられた超砥粒チップ８から構成される。台金７の直径は、２００〜３５０ｍｍ程度が好ましい。図８は、図７におけるVIII方向から仕上げ用カップ型砥石６の周面の一部を見た側面図である。図８に示すように、超砥粒チップ８は、台金７の側面７１に端縁に沿って形成されたリング状の溝７２に、隣接する超砥粒チップ８の間にわずかな間隙を有するようにして、挿入されて接着剤によって固定されている。

超砥粒チップ８は、図５（B）に示した粗研削用の超砥粒チップ４の例と同じ形状であり、砥石の種類もダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなる超砥粒をフェノール樹脂やポリイミド樹脂によって結合したレジン砥石、ガラス質の結合材によって結合したビトリファイド砥石又は他の形成可能な砥石であることも同様である。ただし、超砥粒の平均粒径は、粗研削に用いたものよりも細かなもので、仕上げに適した＃４００以上＃４０００以下のものが好ましい。このような形状の超砥粒チップを、粗研削用カップ型砥石２の場合には略放射状に配置したが、仕上げ研削用カップ型砥石６では、従来と同じく略リング状に配置している。

次に、本実施形態の研削装置での研削作用について説明する。本実施形態では、粗研削装置１のチャックテーブル１２上に裏面を上にして固定され所定速度で回転する半導体ウェーハWに対し、粗研削用カップ型砥石２が、所定速度で回転しつつ軸方向に送られて、半導体ウェーハWの裏面を研削し、定められた半導体ウェーハの厚さの目標値にほぼ近い厚さにまで加工する。続いて、本実施形態では、次工程の仕上げ研削装置５の仕上げ用カップ型砥石６は、半導体ウェーハWの裏面に対し、粗研削加工で生じた表層部のクラック部分を削り取るとともに、裏面を平滑化するものである。

図９は、本発明の実施形態の粗研磨用カップ型砥石の作用を示す図である。図９に示すように、本実施形態では、超砥粒チップ４が、その長辺を台金３の径方向から粗研削用カップ型砥石２の回転方向に３０〜４２．５°傾斜した範囲内の方向になるように配置される。これにより、一般的な径を有する粗研削用カップ型砥石２及びウェーハＷについて、ウェーハＷの接線Ｘ−Ａに対して超砥粒チップ４の長辺がなす角度ＸＡＢが５０°〜７０°、より好ましくは５５°〜６５°、さらに好ましくは６０°となる。

上述の特許文献１に示されているように、超砥粒チップ４の長辺を台金３の径方向に対して平行として、超砥粒チップ４を完全な放射状に配置した場合には切れ味が著しく向上する。しかしながら、超砥粒チップ４を完全な放射状に配置した場合には、互いの回転に伴うウェーハＷと超砥粒チップ４の研削面４１との接触面積の変動が激しい。そのため、ウェーハＷと超砥粒チップ４の研削面４１との接触面積が最小となった瞬間に、単位面積当りの荷重値が高くなり、ウェーハＷに与える負荷が大きくなる。特に、ウェーハＷの中心部分は、ウェーハＷと粗研削用カップ型砥石２との相対速度が遅くなるため、特定部分に荷重が集中し易く、バンプの高いウェーハＷではさらに粗研削用カップ型砥石２から与えられる負荷が大きくなる。そこで、図９に示すように、本実施形態では、超砥粒チップ４の長辺を台金３の径方向から粗研削用カップ型砥石２の回転方向に３０〜４２．５°傾斜した範囲内の方向になり、ウェーハＷの接線Ｘ−Ａに対して超砥粒チップ４の長辺がなす角度ＸＡＢが６０°付近になるように角度を付けて配置することによって、ウェーハＷと超砥粒チップ４の研削面４１との接触面積の変動を少なくする。これにより、ウェーハＷが高バンプウェーハであったとしても、ウェーハＷの中心付近の研削ダメージを軽減することが可能となる。

また、仕上げ研削装置５において従来型の略リング状の仕上げ用カップ型砥石６を用いた場合、略放射状の本実施形態の粗研削用カップ型砥石２によって研削された半導体ウェーハWの仕上げ研削では、粗研削が従来型の略リング状のカップ型砥石でなされた場合のものに較べて、加工抵抗が低減した切れ味の優れた加工とすることができる。したがって、粗研削用カップ型砥石２に本実施形態のように超砥粒チップ４を略放射状に配置したものを用いることで、粗研削加工の能率と質を向上できるとともに、仕上げ研削加工の能率と質も向上したものとすることができる。

また、粗研削用カップ型砥石２において、図５（B）に示すような円弧状の超砥粒チップ４を回転方向に凸となるように略放射状に配置した場合には、加工抵抗は図５（A）の直方体状の超砥粒チップを略放射状に配置したものとほぼ同じように低減できる。その上で、砥石磨耗の速度を、従来の略リング状配置のものや直方体形状の超砥粒チップを略放射状に配置したものに対し、減少させることができ、砥石寿命を延ばすことができる。また、従来から用いられ、本実施形態の仕上げ研削にも採用しているような、台金側面にほぼ連続する略リング状に配置したカップ型砥石における円弧状超砥粒チップは、一旦、連続したリング状で焼結までの工程を行い、その後、分割して製造することが可能であるが、図５（B）に示す円弧状超砥粒チップ４であれば、これと同様な製造方法によって、超砥粒チップを製造することができる。また、場合によっては、同じ仕様によって製造もでき、製造工程や製造設備を共通化できる。

以下、実施例について説明する。図５（A）に示す形状の超砥粒チップ４を用いた粗研削用カップ型砥石２の実施例として、次のような砥石を作製した。
台金３の直径：３００ｍｍ、２５０ｍｍ、２００ｍｍ
超砥粒チップ４の研削面４１の長辺：１９ｍｍ程度
超砥粒チップ４の研削面４１の短辺：３ｍｍ
超砥粒チップ４の数：４８本を放射状に配置
超砥粒の種類：ダイヤモンド砥粒
超砥粒の平均粒径：＃３２５
結合材：フェノール樹脂
超砥粒チップ４の長辺が台金３の径方向から粗研削用カップ型砥石２の回転方向に傾斜する角度：シリコンウェーハの径に対して図１０に示すように超砥粒チップ４を配置

図１０に示すようにシリコンウェーハの径に対して超砥粒チップ４の角度を定めた粗研削用カップ型砥石２を、砥石回転速度２４００ｒｐｍ、送り速度２５０μｍ／分、チャックテーブル回転速度３００ｒｐｍの条件により、ウェーハ径がそれぞれ３００ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍであるシリコンウェーハの粗研削を行った。その結果、シリコンウェーハにはウェーハ焼けやウェーハ割れは見られなかった。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。

本発明の実施形態の研削装置の構成を示す概念図である。 本発明の実施形態の粗研削用カップ型砥石の平面図である。 図２の粗研削用カップ型砥石の断面図である。 図２，３の粗研削用カップ型砥石の一部側面図である。 本発明の実施形態の超砥粒チップの斜視図である。 本発明の実施形態の仕上げ研削用カップ型砥石の平面図である。 図６の仕上げ研削用カップ型砥石の断面図である。 図６，７の仕上げ研削用カップ型砥石の一部側面図である。 本発明の実施形態の粗研磨用カップ型砥石の作用を示す図である。 本発明の実施例の粗研削用カップ型砥石の砥石径とウェーハ径と超砥粒チップの取り付け角度との関係を示す表である。

符号の説明

１…粗研削装置、２…粗研削用カップ型砥石、３…台金、４…超砥粒チップ、５…仕上げ研削装置、６…仕上げ研削用カップ型砥石、７…台金、８…超砥粒チップ、１１…回転軸、１２…チャックテーブル、１３…回転軸、５１…回転軸、５２…チャックテーブル、５３…回転軸。

Claims (5)

1. 半導体ウェーハの裏面の研削における仕上げ研削の前工程の粗研削に用いるための半導体ウェーハ裏面研削用砥石であって、
   円形の研削作用面を有する台金と、
   前記台金の前記研削作用面の外周部に放射状に複数個配置された四辺形状の超砥粒チップと、
   を備え、
   前記超砥粒チップは、その長辺が前記研削作用面の径方向から回転方向に３０〜４２．５°傾斜して配置されている半導体ウェーハ裏面研削用砥石。
2. 前記超砥粒チップの超砥粒の平均粒径は、＃２７０〜＃８００の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハ裏面研削用砥石。
3. 隣接する前記超砥粒チップ間の間隙は、前記超砥粒チップの短辺の長さよりも大きくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウェーハ裏面研削用砥石。
4. 前記超砥粒チップは、その長辺が回転方向に凸となる円弧状をなす四辺形状とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の半導体ウェーハ裏面研削用カップ型砥石。
5. 円形の研削作用面を有する台金と、前記台金の前記研削作用面の外周部に放射状に複数個配置された四辺形状の超砥粒チップとを備え、前記超砥粒チップは、その長辺が前記研削作用面の径方向から回転方向に３０〜４２．５°傾斜して配置されている半導体ウェーハ裏面研削用砥石を用いて粗研削加工をする粗研削加工ステップと、
   前記粗研削加工ステップ後に、円形の研削作用面を有する台金と、前記台金の前記研削作用面の外周部にリング状に複数個配置された四辺形状の超砥粒チップとを備え、前記超砥粒チップは、その長辺が前記研削作用面の円周方向に沿うように配置されている砥石を用いて仕上げ研削加工をする仕上げ研削加工ステップと、
   を含む半導体ウェーハ裏面研削方法。

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