JP2011054635A - 半導体装置の製造方法、研削装置、及び砥石 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の製造方法、研削装置、及び半導体基板研削用砥石において、仕上がりの表面粗さが異なる複数の研削工程を効率的に行うこと。
【解決手段】
第１の砥粒４５ａを含む第１の研削層４１と、第１の砥粒とは粒径が異なる第２の砥粒４５ａを含む第２の研削層４２とが積層された砥石４５を用意する工程と、
砥石４５の第１の研削層４１に半導体基板Wを摺接させ、第１の研削層４１により半導体基板Wを研削し、第１の研削層４１が消失したら砥石４５の表面に表出した第２の研削層４２により引き続き半導体基板Wを研削する工程とを有する半導体装置の製造方法による。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、研削装置、及び砥石に関する。

近年、半導体装置の高機能化に伴い、半導体装置に搭載される半導体素子の薄型化が進んでいる。半導体素子の薄型化は、半導体素子において回路が形成されていない側の主面を研削することにより行われる。その研削は、ウエハレベルで行われ、バックグラインドとも呼ばれる。

図１は、そのバックグラインドを行うための研削装置の平面図である。

この研削装置１は、軸２ａを中心にして回転可能なターンテーブル２と、その表面に設けられた第１〜第４の吸着テーブル３〜６とを有する。各吸着テーブル３〜６は、軸２ａを中心にして互いに９０°の角度で離間するように設けられる。

また、各吸着テーブル３〜６は、真空吸着によりシリコンウエハ等の半導体基板Wを保持すると共に、それらの軸３ａ〜６ａを中心にして回転可能な状態でターンテーブル２に設けられる。

更に、各吸着テーブル３〜６の上方には、基板Wの裏面を研削するための第１〜第３の研削部７〜９が設けられる。そして、ターンテーブル２の外側には、基板Wを一時的に待機させるための搬送待機部１０と、複数枚の基板Wを収納するための収納部１１とが設けられる。

基板Wは、図１の矢印に示すように、不図示の搬送ロボットにより収納部１１から搬送待機部１０に移される。そして、軸２ａを中心にしてターンテーブル２を９０°ずつ回転させることにより、搬送待機部１０上の基板Wが各吸着テーブル３〜６上に載置されることになる。

図２（ａ）は、各研削部７〜９に設けられる研削ホイール２３の裏面図であり、図２（ｂ）は研削ホイール２３の側面図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、研削ホイール２３はベース２４と砥石２５とを備える。

図３は、砥石２５の斜視図である。図３に示されるように、砥石２５は砥粒２５ａを結合剤（ボンド）２５ｂで焼結してなる。

その砥粒２５ａの粒径は、各研削部７〜９（図１参照）によって異なり、第１の研削部７において最も大きい。そして、第２の研削部８においては第１の研削７におけるよりも小さい砥粒２５ａが用いられ、第３の研削部９では最も小さい砥粒２５ａが用いられる。

そのような研削装置では、砥粒２５ａが最も粗い第１の研削部７において、研削面に純水を供給しながら砥石２５を基板Wに摺接させることで基板Wの粗削りを行い、研削予定の大部分を最初に研削して基板Wを薄型化する。

その後、ターンテーブル２を回転させることにより、第２の研削部８と第３の研削部９においてこの順に基板Wを研削する。研削に際しては、研削面に純水を供給しながら砥石２５を基板Wに摺接させる。また、砥粒２５ａが最も細かい第３の研削部９での研削によって基板Wの裏面は鏡面状になる。このような鏡面処理を行うことで、第１の研削部７での粗削り時に基板Wの裏面に付いた傷を消すことができ、傷に起因した基板Wの強度低下を防止できる。

研削装置１では、このように各研削部７〜９において異なる粒径の砥粒を使用することで、仕上がりの表面粗さが異なる複数の研削工程を各研削部７〜９で実行することができる。

また、この研削装置１では、研削時に各吸着テーブル４〜６のそれぞれに常に基板Wが吸着されており、３枚の基板Wに対して同時に研削を行うことができる。

但し、この方法では、研削量が最も大きい第１の研削部７での粗削りにおいて長時間を要するため、残りの研削部８、９で基板Wの研削が終了しても、第１の研削部７で基板Wの研削が終了していない場合がある。この場合、第１の研削部７での研削が終了するまで、残りの研削部８、９における基板Wは待ち状態となり、複数枚の基板Wを効率的に研削するのが困難である。

特開平６−１７９１７３号公報 特開２００６−１００７号公報 特開２００６−１５４２３号公報

半導体装置の製造方法、研削装置、及び砥石において、仕上がりの表面粗さが異なる複数の研削工程を効率的に行うことを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、第１の砥粒を含む第１の研削層と、前記第１の砥粒とは粒径が異なる第２の砥粒を含む第２の研削層とが積層された砥石を用意する工程と、前記砥石の前記第１の研削層に半導体基板を摺接させ、前記第１の研削層により前記半導体基板を研削し、前記第１の研削層が消失したら前記砥石の表面に表出した前記第２の研削層により引き続き前記半導体基板を研削する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。

また、その開示の他の観点によれば、半導体基板を保持するテーブルと、前記半導体基板を研削する研削部とを有し、前記研削部が、第１の砥粒を含む第１の研削層と、前記第１の砥粒とは粒径が異なる第２の砥粒を含む第２の研削層とが積層された砥石を備えた研削装置が提供される。

そして、その開示の別の観点によれば、第１の砥粒を含む第１の研削層と、前記第１の砥粒とは粒径が異なる第２の砥粒を含む第２の研削層とが積層された砥石が提供される。

以下の開示によれば、砥粒の粒径が異なる第１の研削層と第２の研削層とを積層してなる砥石を使用して半導体基板を研削し、第１の研削層が消失したら第２の研削層を研削面に表出させる。そのため、仕上げの表面粗さが異なる複数の研削を一つの砥石で実現することができ、研削工程の効率化を図ることが可能となる。

図１は、従来例に係る研削装置の平面図である。 図２（ａ）は、従来例に係る研削ホイールの裏面図であり、図２（ｂ）は従来例に係る研削ホイールの側面図である。 図３は、従来例に係る砥石の斜視図である。 図４は、第１実施形態に係る砥石の斜視図である。 図５（ａ）は、第１実施形態に係る研削ホイールの裏面図であり、図５（ｂ）は砥石の側面図である。 図６は、第１実施形態に係る研削装置の平面図である。 図７は、第１実施形態に係る研削装置が備える研削部の側面図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る研削方法について模式的に示す平面図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態における砥石と基板の研削途中の断面図（その１）である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態における砥石と基板の研削途中の断面図（その２）である。 図１１（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態における砥石のドレッシング方法について説明するための断面図である。 図１２（ａ）は、第１実施形態において研削により薄型化された基板を模式的に示す断面図であり、図１２（ｂ）は、予定の研削厚さを実現するための砥石の各研削層の厚さについて示す断面図である。 図１３は、第１実施形態において、高さ測定部を用いて砥石の各研削層の消耗状態を把握する方法について説明するための断面図である。 図１４は、第２実施形態に係る砥石の斜視図である。 図１５（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る砥石と基板の研削途中の断面図（その１）である。 図１６（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態に係る砥石と基板の研削途中の断面図（その２）である。 図１７は、第３実施形態に係る研削装置の平面図である。 図１８は、第４実施形態に係る研削装置の平面図である。 図１９（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態に係る研削装置を用いた研削方法について模式的に説明するための平面図である。 図２０（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法について示す斜視図（その１）である。 図２１（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法について示す斜視図（その２）である。 図２２（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法について示す斜視図（その３）である。 図２３（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法について示す斜視図（その４）である。 図２４（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る半導体装置の製造方法について示す斜視図（その５）である。 図２５は、第５実施形態に係る半導体装置の断面図である。

以下に、本実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図４は、本実施形態に係る砥石４５の斜視図である。

図４に示すように、この砥石４５は、第１〜第３の研削層４１〜４３をユニット単位で積層してなり、各々のユニット４６においては研削面４５ｘに近い層から順に第１〜第３の研削層４１〜４３が積層される。

各研削層４１〜４３は、砥粒４５ａを結合剤４５ｂで焼結してなる。一つのユニット４６内での砥粒４５ａの粒径は、各研削層４１〜４３において異なり、研削面４５ｘから離れるに従い細かな粒径となる。このようにすることで、一つの研削層での砥粒４５ａの平均粒径も研削面４５ｘから遠い研削層ほど細かくなる。

具体的な粒径は特に限定されないが、本実施形態では第１の研削層４１での砥粒４５ａの平均粒径を＃３００〜＃６００程度の表面粗さの仕上げに適した４０μm〜６０μmとする。また、第２の研削層４２での砥粒４５ａの平均粒径については、＃１８００〜＃２５００程度の表面粗さの仕上げに適した４μm〜８μmとする。そして、第３の研削層４３での砥粒４５ａの平均粒径については、＃８０００〜＃１００００程度の表面粗さの仕上げに適した１μm以下の粒径とする。

また、砥粒４５ａの材料も特に限定されない。本実施形態では、砥粒４５ａとして人工ダイヤモンド粒を使用する。

一方、第１研削層４１と第２研削層４２の結合剤４５ｂとしてはレジンボンドを使用し、第３研削層４３の結合剤４５ｂとしてはビトリファイドボンドを使用するのが好ましい。この他に、各研削層４１〜４３の結合剤４５ｂとしてメタルボンドを使用してもよい。

このような砥石４５は、結合剤４５ｂと砥粒４５ａとの混合物を加圧成形した後、それを焼結して各層４１〜４３を個別に作製し、更に各層４１〜４３を積層してその積層体を焼結することで作製され得る。そのようにして作製された砥石４５の厚さは、例えば５mm〜１０mm程度となる。

図５（ａ）は、上記の砥石４５を備えた研削ホイール４８の裏面図であり、図５（ｂ）は研削ホイール４８の側面図である。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、研削ホール４８は、リング状のベース４７の表面に複数の砥石４５を一定の間隔をおいて配設してなる。各砥石４５は、アクリル系の接着材等によりベース４７に接着される。

図６は、上記の研削ホイール４８を備えた本実施形態に係る研削装置の平面図である。

図６に示すように、この研削装置５０は、軸５２ａを中心にして回転可能なターンテーブル５２と、そのターンテーブル５２の表面に設けられた第１〜第４の吸着テーブル５３〜５６とを有する。各吸着テーブル５３〜５６は、軸５２ａを中心にして互いに９０°の角度で離間するように設けられる。

各吸着テーブル５３〜５６は、真空吸着によりシリコンウエハ等の基板Wを保持すると共に、軸５３ａ〜５６ａを中心にして回転可能な状態でターンテーブル５２に設けられる。

なお、研削対象の基板Wの直径は特に限定されず、直径が２００mm又は３００mmのシリコンウエハを研削し得る。

そして、各吸着テーブル５３〜５６の上方には、基板Wの裏面を研削するための第１〜第３の研削部５７〜５９が設けられる。これらの研削部５７〜５９の下方には、後述のドレス治具７０が設けられる。

更に、ターンテーブル５２の外側には、基板Wを一時的に待機させるための搬送待機部６０と、複数枚の基板Wを収納するための収納部６１とが設けられる。

収納部６１に収納された研削対象の基板Wは、不図示の搬送ロボットにより、図６の矢印に沿って搬送待機部６０に移される。そして、軸５２ａを中心にしてターンテーブル５２を９０°ずつ回転させることにより、搬送待機部６０上の基板Wが各吸着テーブル５３〜５６上に載置されることになる。

なお、研削の開始前と終了後においては、ターンテーブル５２は、図示のように各研削部５７〜５９の下方に各吸着部５４〜５６がある状態で停止する。

そして、研削が終了したら、ターンテーブル５２が９０°ずつ回転し、各吸着テーブル５４〜５６上の研削済の基板Wが搬送待機部６０を経由して収納部６１に戻される。

図７は、各研削部５７〜５９の側面図である。

基板Wは、回路形成面を下にして吸着テーブル５４〜５６に吸着される。基板Wには保護テープ１０２が貼付されており、基板Wの回路形成面に傷が付くのを防止される。

また、吸着テーブル５４〜５６の上方に設けられた各研削部５７〜５９は、スピンドルモータ等の回転部６２によって回転可能なホイールマウント６９を備え、そのホイールマウント６９に上記の研削ホイール４８が取り付けられる。

回転部６２はハウジング６３に固定される。ハウジング６３にはボールネジ６４と係合したネジ孔６３ａが開口されており、ボールネジ６４の回転によって回転部６２が昇降運動する。

ボールネジ６４の回転は、筐体６６に固定されたモータ６５によって行われる。モータ６５は、制御部７３から出力された回転信号S_Rに基づいて回転し、実際の回転数を示す回転監視信号S_mが制御部７３に入力される。制御部７３は、その回転監視信号S_mに基づいて、モータ６５が所定の回転数で回転したかどうかを判断する。

また、ハウジング６３には、砥石４５の研削面の高さを測定するための高さ測定部７７が設けられる。

高さ測定部７７は、エンコーダ６８と、筐体６６に固定されたスケール６７とを有する。このうち、エンコーダ６８は、スケール６７を読み取ることで得られた砥石４５の高さ情報S_Hを制御部７３に出力する。制御部７３内の解析部７９は、その高さ情報S_Hに基づき、砥石４５の研削面の高さを認識することができる。

また、制御部７３は、回転速度信号S_Vに基づいてスピンドルモータ６２の単位時間あたりの回転数を監視しており、その回転数が常に所定回転数に維持されるように、スピンドルモータ６２への電流量Iを調節する。

ここで、研削時に砥石４５が基板Wから受ける負荷が増大したときは、電流量Iを増やさなければスピンドルモータ６２の回転数を所定回転数に維持できない。これとは逆に、研削時に砥石４５が基板Wから受ける負荷が減少したときは、電流量Iを減らさなければスピンドルモータ６２の回転数を所定回転数に維持できない。

このように、スピンドルモータ６２への電流量Iは、砥石４５が基板Wから受けている負荷を判断する目安となる。制御部７３には、その電流量Iの変動に基づいて砥石４５が基板Wから受ける負荷を把握する回転負荷検出部７８が設けられる。その回転負荷検出部７８は、砥石４５が基板Wから受けている負荷についての負荷信号S_Lを出力し、制御部７３内の解析部７９がその負荷信号S_Lに基づいて研削状態を把握することになる。

また、各研削部５７〜５９の下方には、アーム７１に固定されたドレス治具７０が設けられる。

ドレス治具７０は、砥石４５の目立てを行うために使用され、ガラス板の表面に所定の溝を形成してなる。或いは、二酸化珪素粒をビトリファイドボンドで結合してなる板状部材をドレス治具７０として使用してもよい。

アーム７１は、軸７２を中心にして水平面内で回転可能であり、砥石４５の目立てを行わないときには制御部７３の制御下で砥石４５と干渉しない位置にドレス治具７０を退避させる。

更に、吸着テーブル５４〜５６の外周には、基板Wの厚さを測定する厚さ測定部７５が設けられる。

厚さ測定部７５は、各吸着テーブル５４〜５６の上面に当接する第１の触芯７６と、基板Wの上面に当接する第２の触芯７７とを有し、これらの触芯７６、７７の高低差から保護テープ１０２の厚みを差し引いた厚さを基板Wの厚さとして測定する。その測定値は厚さ信号S_Tとして制御部７３に出力され、制御部７３は基板Wの厚さをリアルタイムに監視することができる。

次に、このような研削装置５０を用いた研削方法について説明する。

図８は、本実施形態に係る研削方法について模式的に示す平面図である。

研削を行うには、まず、図８（ａ）に示すように、収納部６１（図６参照）に収納されている基板Wを各吸着テーブル５３〜５６上に載置する。

次いで、図８（ｂ）に示すように、回転吸着部５４〜５６と研削部５７〜５９とを回転させることにより、研削部５７〜５９の砥石４５（図７参照）を基板Wに摺接させ、吸着部５４〜５６のそれぞれにおいて基板Wの研削を同時に開始する。なお、研削時には研削面に純水が供給される。

図９〜図１０は、研削途中の砥石４５と基板Wの断面図である。

図９（ａ）に示すように、研削を開始した直後では、各層４１〜４３の中で砥粒が最も大きい第１の研削層４１により、基板Wの粗削りが行われる。粗削りのための研削のことを一次研削と呼ぶ場合もある。

このように一次研削を行うと、基板Wが次第に薄型化されると共に、磨耗によって第１の研削層４１の厚さが除々に薄くなる。

そして、図９（ｂ）に示すように、基板Wが２０μm〜５０μm程度研削されたところで第１の研削層４１は磨耗により消失し、第２の研削層４２が研削面４５ｘに表出するようになる。その結果、第２の研削層４２による基板Wの研削が自動的に開始することになる。

既述のように、第２の研削層４２における砥粒の粒径は第１の研削層４１におけるよりも小さい。よって、第２の研削層４２による研削では、第１の研削層４１におけるよりも基板Wの表面粗さを細かく仕上げることができる。このような研削のことを二次研削と呼ぶこともある。

その後、図１０（ａ）に示すように、基板Wが２０μm〜５０μm程度研削されたところで、二次研削用の第２の研削層４２は磨耗により消失し、新たに研削面４５ｘに現れた第３の研削層４３によって基板Wの研削が行われる。第３の研削層４３における砥粒の粒径は各研削層４１〜４３の中で最も小さいので、第３の研削層４３により基板Wの鏡面仕上げを行うことができる。第３の研削層４３による鏡面仕上げのことを三次研削と呼ぶこともある。

このように鏡面仕上げをすることで、第１の研削層４１による研削で基板Wの裏面に付いた傷を消すことができ、傷に起因した基板Wの強度低下を防止できる。典型的には、鏡面仕上げを行うと、鏡面仕上げを行わない場合と比較して基板Wの機械的強度を平均で１．５倍程度に高めることができる。

そして、図１０（ｂ）に示すように、基板Wが予定の厚さにまで薄型化されたところで砥石４５による研削を終了する。

ここで、基板Wの研削が終了していないのに鏡面仕上げ用の第３の研削層４３が消失してしまうと、研削面４５ｘに次のユニット４６の粗削り用の第１の研削層４１が新たに露出し、それによって基板Wの表面に傷が付いてしまう。よって、第３の研削層４３については、鏡面仕上げ用の研削に必要な厚さに０．０５μm〜０．１０μm程度の余裕を見込んで厚く形成しておくのが好ましい。

但し、このように第３の研削層４３を厚くすると、基板Wの研削を終了した後の砥石４５の研削面４５ｘに第３の研削層４３が残ることがある。しかしながら、この状態だと次の基板Wを研削するときに、次のユニット４６の第１の研削層４１から研削を行うことができない。

そのため、図１１（ａ）に示すように、第３の研削層４３による研削が終了したら、既述のドレス治具７０で砥石４５の表面のドレッシングを行うのが好ましい。

ドレッシングにあたっては、既述の回転部６２（図７参照）が上昇することで砥石４５が基板Wから離れ、次いでドレス治具７０が砥石４５の下方に移動する。

そして、回転部６２が再び下降して砥石４５に当接した後、回転部６２を回転させることで砥石４５とドレス治具７０とを摺接させる。

これにより、図１１（ｂ）に示すように、研削面４５ｘに残存している第３の研削層４３を除去すると共に、次のユニット４６の第１の研削層４１も僅かに削る。この結果、その第１の研削層４１の表面から砥粒が表出するようになるので、次の基板Wの研削直後から十分に速い研削速度で基板Wを研削することができるようになる。

以上により、本実施形態に係る研削方法の主要工程が終了する。

上記した本実施形態によれば、図９〜図１０に示したように、砥粒の粒径が異なる第１〜第３の研削層４１〜４３を積層してなる砥石４５を使用する。これによれば、磨耗によって一つの研削層が消失したら次の研削層が自動的に研削面に現れるので、仕上げの表面粗さが異なる複数種類の研削を一つの砥石４５で行うことができ、従来のように表面粗さに応じて複数の砥石を用意する必要がない。

これにより、複数の吸着テーブル５４〜５６において粗削りから鏡面仕上げまでを同時に行うことが可能となるので、従来のように各吸着テーブル５４〜５６上で待ち状態になる基板Wがなくなり、複数枚の基板Wを効率的に研削することができるようになる。

ところで、研削が終了した後の基板Wの最終的な厚さは、砥石４５の各研削層４１〜４３のそれぞれの厚さによって任意に制御し得る。以下に、各研削層４１〜４３の好適な厚さについて説明する。

図１２（ａ）は、研削により薄型化された基板Wを模式的に示す断面図である。

この例では、第１〜第３の研削層４１〜４３のそれぞれによる基板Wの予定の研削厚さをH₁〜H₃としている。

図１２（ｂ）は、予定の研削厚さH₁〜H₃を実現するための各研削層４１〜４３の厚さM₁〜M₃について示す断面図である。

ここで、第１の研削層４１が単位厚さ消失するまでに基板Wが研削される厚さをD₁とすると、予定の研削厚さH₁を得るのに要する第１の研削層４１の厚さM₁は、M₁＝H₁÷D₁となる。同様の理由により、第２の研削層４２と第３の研削層４３のそれぞれの厚さM₂、M₃についても、M₂＝H₂÷D₂、M₃＝H₃÷D₃となる。

このように、各研削層４１〜４３の厚さM₁〜M₃は、予定の研削厚さH₁〜H₃と単位厚さ当たりの研削厚さD₁〜D₃から定めることができる。

例えば、研削前の厚さが７８０μmであった基板Wを１００μmに薄型化したい場合、各研削層４１〜４３による予定の研削厚さH₁〜H₃をそれぞれH₁＝６３８μm、H₂＝４０μm、H₃＝２μmに設定したとする。

また、単位厚さ（１μm）当たりの研削厚さD₁〜D₃がそれぞれD₁＝１２００μm〜１５００μm、D₂＝２０μm〜２５μm、D₃＝２０μm〜２５μmであったとする。

このとき、各研削層４１〜４３の厚さM₁〜M₃は次のようになる。

M₁＝H₁÷D₁＝６３８÷１２００＝０．５３μm
M₂＝H₂÷D₂＝４０÷２０＝２．００μm
M₃＝H₃÷D₃＝２÷２０＝０．１０μm
このように各研削層４１〜４３の厚さM₁〜M₃を設定することで、予定の研削厚さH₁〜H₃を得ることができる。

但し、装置の不具合等によって各研削層４１〜４３が予定通りに消耗しないことも考えられる。そこで、本実施形態では、図７に示した高さ測定部７７や回転負荷検出部７８を用いて、解析部７９が次のようにして各研削層４１〜４３の消耗状態を把握する。

図１３は、高さ測定部７７を用いて各研削層４１〜４３の消耗状態を把握する方法について説明するための断面図である。

高さ測定部７７は、研削前の基板Wの上面W₀を原点として、砥石４５の研削面４５ｘの高さHを測定する。解析部７９は、上記した予定の研削厚さH₁〜H₃と高さHとの大小関係に基づき、各研削層４１〜４３のうち研削面４５ｘに露出しているのがどの層であるかを推定する。

例えば、H＜H₁のときは、第１の研削層４１による研削がまだ終了しておらず、研削面４５ｘに第１の研削層４１が露出していると推定できる。

また、H₁＜H＜H₁＋H₂のときは、第１の研削層４１による研削が終了して第２の研削層４２による研削途中であり、研削面４５ｘに第２の研削層４２が露出していると推定できる。

そして、H₁＋H₂＜H＜H₁＋H₂＋H₃のときは、第２の研削層４２による研削が終了して第３の研削層４３による研削途中であり、研削面４５ｘに第３の研削層４３が露出していると推定できる。

このように高さHに基づけば研削面４５ｘに露出している研削層を推定できるが、装置の不具合等によって実際には別の研削層が露出している場合も想定される。

その場合は、回転負荷検出部７８（図７参照）を利用することにより、研削面４５ｘに実際に露出しているのがどの研削層であるかを確認するのが好ましい。

例えば、第１の研削層４１による研削が終了して第２の研削層４２による研削が開始するときには、各研削層４１、４２における砥粒の粒径の相違に起因して、砥石４５が基板Wから受ける負荷が変動する。

そのような負荷の変動があったことを負荷信号S_Lに基づいて認識することで、解析部７９は、第１の研削層４１が消失して第２の研削層４２による研削が開始されたことを認識することができる。同様に、第２の研削層４２が消失して第３の研削層４３による研削が開始したことも、上記の負荷の変動から認識することができる。

このように、各研削層４１〜４３のどの層が研削面４５ｘに露出しているかは、高さ測定部７７と回転負荷検出部７８のいずれかを利用することで解析部７９が判断することができる。

その判断を高さ測定部７７と回転負荷検出部７８の両方を利用して行ってもよい。但し、この場合は、各部７７、７８で判断に齟齬が生じることがある。例えば、高さ測定部７７からの高さHに基づけば第１の研削層４１がまだ消失していないと判断されるにも関わらず、回転負荷検出部７８において負荷変動が検出され、第１の研削層４１が消失して第２の研削層４２による研磨が始まったと判断されることがある。

このように両判断に齟齬がある場合は装置に異常がある蓋然性が高いので、解析部７９の指示の下で研削処理を中止するのが好ましい。

（第２実施形態）
第１実施形態では、図４に示したように、第１〜第３の研削層４１〜４３の三層を１ユニット４６とした砥石４５を使用し、一次研削から三次研削までを一つの砥石４５で行うようにした。

これに対し、本実施形態では、第２の研削層４２を省いて第１の研削層４１と第３の研削層４３の二層で砥石４５を作製し、一次研削と三次研削のみを行うようにする。

図１４は、そのような砥石４５の斜視図である。

製品によっては研削後の基板Wに要求される表面粗さが粗いものがある。このような製品に対して第１実施形態のように３層の研削層４１〜４３で研削を行ったのでは過剰品質になってしまう。その場合には本実施形態のように二層の研削層４１、４３のみで研削を行い、研削工程のコストパフォーマンスを向上させるのが好ましい。

図１５〜図１６は、研削途中の砥石４５と基板の断面図である。

図１５（ａ）に示すように、研削を開始した直後では、第１の研削層４１による基板Wの粗削り（一次研削）が行われる。

そして、研削が進んで第１の研削層４１が消失したら、図１５（ｂ）に示すように、砥石４５の研削面４５ｘに第３の研削層４３が自動的に表出し、第３の研削層４３による鏡面仕上げ（三次研削）が行われる。

その後、図１６（ａ）に示すように、基板Wが予定の厚さにまで薄型化されたところで砥石４５による研削を終了する。

このとき、研削面４５ｘに第３の研削層４３が残っている場合には、次の基板Wを研削するときに次のユニット４６の第１の研削層４１から研削を行うことができない。

よって、この場合は、図１６（ｂ）に示すように、第１実施形態で説明したようなドレス治具７０を用いたドレッシングを砥石４５に対して行い、研削面４５ｘに残存する第３の研削層４３を除去するのが好ましい。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態よりも砥石４５の研削層の層数を減らして二層としたので、基板Wから得られる半導体装置が過剰品質になるのを抑制しつつ、研削工程のコストパフォーマンスを向上させることができる。

（第３実施形態）
第１実施形態では、図６に示したように、第１〜第３の研削部５７〜５９を備えた研削装置５０について説明した。このような研削装置５０は、研削部５７〜７９の個数から３軸保有機とも呼ばれる。

これに対し、本実施形態では、研削部の個数が二つの２軸保有機について説明する。

図１７は、本実施形態に係る研削装置の平面図である。なお、図１７において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

この研削装置８０は、第１実施形態における第４の吸着テーブル５６と第３の研削部５９とを省いたものであって、ターンテーブル５２には第１〜第３の吸着テーブル５３〜５５が軸５２ａを中心にして互いに１２０°の角度で離間するように設けられる。

そして、第２の吸着テーブル５４と第３の吸着テーブル５５のそれぞれの上に、第１実施形態で説明した第１の研削部５７と第２の研削部５８が設けられる。

このような研削装置８０で研削を行うには、まず、収納部６１に収納されている基板Wを不図示の搬送ロボットにより把持して、その基板Wを搬送待機部６０を経由してターンテーブル５２上に搬送し、各吸着テーブル５３〜５５のそれぞれの上に基板Wを載置する。

そして、この状態で各吸着テーブル５４〜５５のそれぞれにおいて基板Wに対する研削を同時に開始する。研削に使用する砥石の層構造は特に限定されない。第１実施形態のような１ユニットが３層構造の砥石４５（図４参照）や、第２実施形態のような１ユニットが２層構造の砥石４５（図１４参照）を本実施形態でも使用し得る。

このように１ユニットが多層構造となっている砥石４５を使用することで、吸着テーブル５４、５５のそれぞれの上で独立に粗削りから鏡面仕上げまでを行うことができる。

以上説明した本実施形態によれば、吸着テーブル５３〜５５と研削部５７、７８のそれぞれの数を第１実施形態よりも減らしたので、研削装置８０を小型化することができ、研削装置８０の据付に要するスペースを小さくすることが可能となる。

特に、基板Wとして直径が３００mmの大口径のシリコンウエハを使用するときに、このような研削装置の省スペース化は実益がある。

また、このように装置の小型化が実現できることから、研削装置８０内の部品の数を第１実施形態よりも少なくでき、研削装置８０の制御も単純化できる。更に、研削装置８０の小型化に伴い、装置に投入される電力や純水の量も削減でき、研削工程のコストダウンを図ることが可能となる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第３実施形態よりも吸着テーブルと研削部の数を更に減らす。

図１８は、本実施形態に係る研削装置９０の平面図である。なお、図１８において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

この研削装置９０は、筐体９１上に一つの吸着テーブル９２のみが設けられる。吸着テーブル９２は、真空吸着によって基板Wを吸着するものであって、軸９２ａを中心にして回転可能であると共に、不図示の駆動手段によって着脱位置Aと研削位置Bとの間を往復することができる。

そして、研削位置Bの上方には、第１実施形態で説明した第１の研削部５７が一つだけ設けられる。第１の研削部５７には、第１実施形態のような１ユニットが３層構造の砥石４５（図４参照）や、第２実施形態のような１ユニットが２層構造の砥石４５（図１４参照）が設けられる。

また、その第１の研削部５７の下方には、第１実施形態で説明したドレス治具７０が設けられる。

図１９（ａ）、（ｂ）は、この研削装置９０を用いた研削方法について模式的に説明するための平面図である。

研削を行うには、まず、図１９（ａ）に示すように、着脱位置Aにある吸着テーブル９２の上に手動により基板Wを載せ、吸着テーブル９２に基板Wを真空吸着で保持させる。

次いで、図１９（ｂ）に示すように、研削位置Bに吸着テーブル９２を移動させる。そして、第１の研削部５７と吸着テーブル９２とを回転させて基板Wを研削し、基板Wを所定の厚さにまで薄型化する。

以上説明した本実施形態によれば、研削装置９０に第１の研削部５７と吸着テーブル９２をそれぞれ一つだけ設けるので、第２実施形態よりも研削装置９０の小型化を図ることができ、研削装置９０の据付に要するスペースを更に小さくすることが可能となる。

（第５実施形態）
本実施形態では、第１〜第４実施形態で説明した研削装置を用いた半導体装置の製造方法について説明する。

図２０〜図２４は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について示す斜視図である。

まず、図２０（ａ）に示すように、シリコンウエハ等の基板Wの回路形成面に、回路動作に必要な素子等をウエハプロセスにより形成する。

次いで、図２０（ｂ）に示すように、ロールから引き出したシート状の保護テープ１０２を基板Wの回路形成面上に配し、シリコーンゴム等の柔らかな材料よりなるローラ１０３によりその保護テープ１０２を基板Wに押さえつける。そして、不図示のカッタを用いて、基板Wの外周からはみ出た部分の保護テープ１０２をカットし、基板Wの回路形成面にのみ保護テープ２を貼付する。

この保護テープ１０２は、バックグラインドのときに基板Wの回路形成面を保護する役割を担うものである。

次いで、図２１（ａ）に示すように、第１実施形態で説明した研削装置５０の各吸着テーブル５４〜５６上に、保護テープ１０２側を下にして基板Wを載置する。

そして、その基板Wが各吸着テーブル５４〜５６に真空吸着された状態で、各吸着テーブル５４〜５６と第１〜第３の研削部５７〜５９のホイールマウント６９とを回転させる。これにより、回路が形成されていない基板Wの裏面が砥石４５により研削され、基板Wが所定の厚さにまで薄くされる。

なお、本工程で使用する研削装置は第１実施形態の研削装置５０に限定されず、第２〜第４実施形態で説明した研削装置を使用してもよい。

続いて、図２１（ｂ）に示すように、ダイシングテープ１１２の接着層上に基板Wの裏面を貼付し、表面保護テープ１０２を剥離する。そのダイシングテープ１１２の接着層は、例えば紫外線の照射によって接着力が低下する材料よりなる。また、本工程では、ダイシングテープ１１２の周縁部の接着層に、ステンレス等の金属よりなるウエハリング１１１も貼付される。

次に、図２２（ａ）に示すように、ブレード１１３を用いて基板Wをダイシングし、基板Wを半導体素子１１４毎に個片化する。このとき、ブレード１１３の刃先の位置は、ダイシングテープ１１２の途中の深さに維持されるので、ダイシングテープ１１２が個片化されることはなく、それぞれの半導体素子１１４はダイシングテープ１１２により支持された状態となる。

次いで、図２２（ｂ）に示すように、紫外線ランプ１１５と反射鏡１１６とを用い、ダイシングテープ１１２に紫外線UVを照射してその粘着力を低下させる。

そして、図２３（ａ）に示すように、粘着力が低下したダイシングテープ１１２から半導体素子１１４を剥離し、銀ペースト１２６を介して回路基板１１７の上に半導体素子１１４を固着する。

その後、図２３（ｂ）に示すように、半導体素子１１４の不図示の電極と、回路基板１１７の電極１１７ａとに対し、金線等の金属細線１１９をワイヤボンディングする。

次に、図２４（ａ）に示すように、回路基板１１７の両主面のうち、半導体素子１１４が固着されている側の主面を封止樹脂１２０で樹脂封止する。

更に、図２４（ｂ）に示すように、ダイシングテープ１２２の接着層上に回路基板１１７とステンレスよりなるウエハリング１２３とを貼付した状態で、ブレード１２４により封止樹脂１２０と回路基板１１７とをダイシングする。

その後に、回路基板１７からダイシングテープ２２を剥離することで、図２５に示すような断面構造の半導体装置１２５が完成する。なお、その半導体装置１２５の回路基板１１７には、図２４（ａ）の工程において樹脂封止をした後、外部接続端子としてのはんだバンプ２１が搭載される。

以上説明した本実施形態によれば、図２１（ａ）に示した研削工程において第１〜第４実施形態に係る研削装置を使用するので、研削時間の短縮化が図られ、半導体装置１２５のコストダウンを実現することができる。

以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１） 第１の砥粒を含む第１の研削層と、前記第１の砥粒とは粒径が異なる第２の砥粒を含む第２の研削層とが積層された砥石を用意する工程と、
前記砥石の前記第１の研削層に半導体基板を摺接させ、前記第１の研削層により前記半導体基板を研削し、前記第１の研削層が消失したら前記砥石の表面に表出した前記第２の研削層により引き続き前記半導体基板を研削する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

（付記２） 前記砥石として、前記第１の研削層と前記第２の研削層とを有するユニットが複数積層されたものを使用すると共に、
一つの前記ユニットが前記研削によって消失した後、次のユニットの前記第１の研削層の表面のドレッシングを行う工程を更に有することを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。

（付記３） 前記ドレッシングを行う工程は、前記第１の研削層の前記表面から前記第１の砥粒が表出するまで行われることを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。

（付記４） 前記第２の砥粒の粒径は、前記第１の砥粒の粒径よりも小さいことを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

（付記５） 前記第１の研削層における前記第１の砥粒の平均粒径は、前記第２の研削層における前記第２の砥粒の平均粒径よりも小さいことを特徴とする付記４に記載の半導体装置の製造方法。

（付記６） 半導体基板を保持するテーブルと、
前記半導体基板を研削する研削部とを有し、
前記研削部が、第１の砥粒を含む第１の研削層と、前記第１の砥粒とは粒径が異なる第２の砥粒を含む第２の研削層とが積層された砥石を備えたことを特徴とする研削装置。

（付記７） 前記砥石は、前記第１の研削層と前記第２の研削層とを有するユニットを複数積層してなると共に、
一つの前記ユニットが前記研削によって消失した後、次のユニットの前記第１の研削層の表面のドレッシングを行うドレス治具を更に有することを特徴とする付記６に記載の研削装置。

（付記８） 前記砥石を回転させる回転部と、
前記回転により前記砥石が前記基板から受ける負荷を測定する回転負荷検出部と、
前記回転負荷検出部により検出された前記負荷の変動に基づき、前記研削によって前記第１の研削層が消失して前記第２の研削層による研削が開始されたことを認識する解析部とを更に有することを特徴とする付記６又は付記７に記載の研削装置。

（付記９） 第１の砥粒を含む第１の研削層と、前記第１の砥粒とは粒径が異なる第２の砥粒を含む第２の研削層とが積層された砥石。

（付記１０） 前記第１の研削層と前記第２の研削層とがユニット単位で積層され、前記第２の砥粒の粒径が前記第１の砥粒の粒径よりも小さいことを特徴とする付記９に記載の砥石。

１…研削装置、２…ターンテーブル、３〜６…第１〜第４の吸着テーブル、３ａ〜６ａ…軸、７〜９…第１〜第３の研削部、１０…搬送待機部、１１…収納部、２３…研削ホイール、２４…ベース、２５…砥石、２５ａ…砥粒、２５ｂ…結合剤、４１〜４３…第１〜第３の研削層、４５…砥石、４５ｘ…研削面、４６…ユニット、４７…ベース、４８…研削ホイール、５０…研削装置、５２…ターンテーブル、５２ａ…軸、５３〜５６…第１〜第４の吸着テーブル、５３ａ〜５６ａ…軸、５７〜５９…第１〜第３の研削部、６０…搬送待機部、６１…収納部、６２…回転部、６３…ハウジング、６３ａ…ネジ孔、６４…ボールネジ、６５…ステッピングモータ、６６…筐体、６７…スケール、６８…エンコーダ、７０…ドレス治具、７１…アーム、７２…軸、７３…制御部、７５…測定部、７６…第１の触芯、７７…第２の触芯、７８…回転負荷検出部、７９…解析部、８０、９０…研削装置、９１…筐体、９２…吸着テーブル、１０２…保護テープ、１０３…ローラ、１１１…ウエハリング、１１２…ダイシングテープ、１１３…ブレード、１１４…半導体素子、１１５…紫外線ランプ、１１６…反射鏡、１１７…回路基板、１１７ａ…電極、１１９…金属細線、１２０…封止樹脂、１２２…ダイシングテープ、１２３…ウエハリング、１２４…ブレード。

Claims (5)

1. 第１の砥粒を含む第１の研削層と、前記第１の砥粒とは粒径が異なる第２の砥粒を含む第２の研削層とが積層された砥石を用意する工程と、
   前記砥石の前記第１の研削層に半導体基板を摺接させ、前記第１の研削層により前記半導体基板を研削し、前記第１の研削層が消失したら前記砥石の表面に表出した前記第２の研削層により引き続き前記半導体基板を研削する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第２の砥粒の粒径は、前記第１の砥粒の粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 半導体基板を保持するテーブルと、
   前記半導体基板を研削する研削部とを有し、
   前記研削部が、第１の砥粒を含む第１の研削層と、前記第１の砥粒とは粒径が異なる第２の砥粒を含む第２の研削層とが積層された砥石を備えたことを特徴とする研削装置。
4. 前記砥石は、前記第１の研削層と前記第２の研削層とを有するユニットを複数積層してなると共に、
   一つの前記ユニットが前記研削によって消失した後、次のユニットの前記第１の研削層の表面のドレッシングを行うドレス治具を更に有することを特徴とする請求項４に記載の研削装置。
5. 第１の砥粒を含む第１の研削層と、前記第１の砥粒とは粒径が異なる第２の砥粒を含む第２の研削層とが積層された砥石。

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