JP2022056550A - 研削ホイール及び研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円形凹部の角近傍（すなわち、研削によって薄化された部分と研削されずに残存する部分との境界近傍）の部分における割れの発生を抑制する。【解決手段】第２セグメント砥石が第１セグメント砥石１０より内側に配設された研削ホイールを用いて被加工物の研削を行う。この研削ホイールを用いた研削によって被加工物に円形凹部と円形凹部を囲繞するリング状補強部とを形成する場合、円形凹部の角近傍の部分は、摩耗しやすい第１セグメント砥石のみで研削されて形成される。これにより、研削後の被加工物において円形凹部の角の近傍に位置する部分がその他の研削された部分より厚くなり、円形凹部の角の断面形状が円弧状になる。その結果、円形凹部の角近傍の部分における応力集中が緩和され、この部分における割れの発生が抑制される。【選択図】図１

Description

本発明は、研削ホイール及び研削方法に関する。

ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）及びＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の半導体デバイスのチップは、携帯電話及びパーソナルコンピュータ等の各種電子機器において不可欠の構成である。

このようなチップは、例えば、多数の半導体デバイスが形成された領域（デバイス領域）とデバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有するウェーハを薄化した後に個々の半導体デバイスを含む領域毎に分割することで製造される。

このようなウェーハ等の被加工物を薄化する方法としては、例えば、環状に離散して配置された複数の研削砥石を備える研削ホイールと被加工物の下面側を吸引保持するチャックテーブルとを有する研削装置による研削が挙げられる。

具体的には、このような研削装置においては、研削ホイール及びチャックテーブルのそれぞれを回転させながら複数の研削砥石の研削面を被加工物の上面に当接させることで被加工物を研削して薄化する。

ただし、被加工物を薄化すると、被加工物の剛性が低下する。そのため、研削後の被加工物の取り扱いが困難になるおそれがある。この点を踏まえて、研削後の被加工物の取り扱いを容易にすることが可能な研削方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、この研削方法においては、複数の研削砥石の回転軌道の最外周の直径がデバイス領域の半径超直径未満であり、最内周の直径がデバイス領域の半径未満である研削ホイールが用いられる。

そして、この研削ホイールが被加工物２１の表面に設けられたデバイス領域に対応する裏面側の領域のみを研削する（図５参照）。なお、図５は、このような研削後の被加工物を模式的に示す断面図である。これにより、研削後の被加工物２１には、円形凹部２３と円形凹部２３を囲繞するリング状補強部２５とが形成される。

被加工物２１においては、リング状補強部２５が形成されている、すなわち、研削前の被加工物２１の外周部分が残存するため、剛性の低下が抑制される。そのため、被加工物２１は、裏面の全体が研削されて薄化された被加工物と比較して取り扱いが容易である。

特開２００７－１９４６１号公報

研削後の被加工物は、切削装置等の加工装置を用いて分割される。そのため、この被加工物は、研削装置から直接、又は、被加工物を一時的に収容するカセットを経由して加工装置に搬送される。そして、被加工物を搬送する際には少なからず被加工物に外力が加わる。

ここで、図５に示される被加工物２１に外力が加わると、円形凹部２３の角近傍（すなわち、研削によって薄化された部分と研削されずに残存する部分との境界近傍）の部分２１ａに応力が集中する。そのため、被加工物２１においては、部分２１ａにおいて割れが生じやすい。

この点に鑑み、本発明の目的は、被加工物を研削することによって形成される円形凹部の角近傍の部分における割れの発生を抑制することである。

本発明の一側面によれば、複数のデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有する被加工物の裏面の該デバイス領域に対応する領域を研削して、円形凹部と該円形凹部を囲繞するリング状補強部とを形成する研削方法に使用される研削ホイールであって、スピンドルの先端部に装着される装着面を有する基台と、該装着面の反対の面において該基台の周方向に沿って隙間を空けて環状に配設される複数のセグメント砥石と、を備え、該複数のセグメント砥石は、外周端が第１外径サイズ位置に配設される第１セグメント砥石と、外周端が該第１外径サイズ位置より内側の位置である第２外径サイズ位置に配設される第２セグメント砥石と、を含み、該第２セグメント砥石は、該第１セグメント砥石より硬い研削ホイールが提供される。

好ましくは、該第２セグメント砥石のボンド材は、該第１セグメント砥石のボンド材と異なる。

好ましくは、該第２セグメント砥石は、該第１セグメント砥石より気孔率が低い。

本発明の他の側面によれば、複数のデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有する被加工物の裏面の該デバイス領域に対応する領域を研削して、円形凹部と該円形凹部を囲繞するリング状補強部とを形成する研削方法であって、外周端が第１外径サイズ位置に配設される第１セグメント砥石と外周端が該第１外径サイズ位置より内側の位置である第２外径サイズ位置に配設される第２セグメント砥石と、を含む複数のセグメント砥石を備える研削ホイールをスピンドルの先端部に装着する準備ステップと、該被加工物をチャックテーブルに保持させる保持ステップと、該保持ステップ後、該研削ホイールで該被加工物の裏面の該デバイス領域に対応する領域を研削して、該円形凹部と該円形凹部を囲繞する該リング状補強部とを形成する研削ステップと、を備える研削方法が提供される。

本発明によれば、第２セグメント砥石が第１セグメント砥石より内側に配設された研削ホイールを用いて被加工物の研削を行うことができる。この場合、第２セグメント砥石の下面より外側に位置する第１セグメント砥石の外周端近傍の下面の摩耗が促進される。

そのため、この研削ホイールを用いた研削によって被加工物に円形凹部と円形凹部を囲繞するリング状補強部とを形成する場合、円形凹部の角近傍の部分は、摩耗しやすい第１セグメント砥石のみで研削されて形成される。

これにより、研削後の被加工物において円形凹部の角近傍に位置する部分がその他の研削された部分より厚くなり、円形凹部の角の断面形状が円弧状になる。その結果、円形凹部の角近傍の部分における応力集中が緩和され、この部分における割れの発生が抑制される。

図１（Ａ）は、研削ホイールを模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、研削ホイールを模式的に示す断面図である。 図２は、被加工物を模式的に示す斜視図である。 図３は、研削装置を模式的に示す斜視図である。 図４は、研削方法の一例を示すフローチャートである。 図５は、従来の研削方法によって研削された被加工物を模式的に示す断面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１（Ａ）は、本実施形態の研削ホイールを模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、本実施形態の研削ホイールを模式的に示す下面図である。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示される研削ホイール２は、円環状の形状を備える基台４を有する。基台４は、例えば、ステンレス鋼又はアルミニウム等の金属材料からなる。基台４の上面には、ボルトと螺合可能な複数の雌ネジ６が設けられている。

雌ネジ６は、後述のとおり、研削装置のスピンドルの先端に設けられたマウントに研削ホイール２を装着する際に利用される。すなわち、基台４の上面は、このスピンドルの先端部に装着される装着面である。このスピンドルに基台４が装着された状態でスピンドルが回転すれば、基台４も周方向に回転する。

基台４の下面（装着面の反対面）には、それぞれが直方体を円弧に沿って湾曲させたような形状を備える複数のセグメント砥石（研削砥石）８が固定されている。複数のセグメント砥石８は、基台４の周方向に沿って隙間を空けて環状に配設されている。

複数のセグメント砥石８のそれぞれは、例えば、気孔が内在するビトリファイドボンド又はレジンボンド等のボンド材と、ボンド材に分散されたダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ：ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）等の砥粒とを有する。

複数のセグメント砥石８は、第１セグメント砥石１０と第１セグメント砥石１０より内側に配設される第２セグメント砥石１２とを含む。換言すると、複数のセグメント砥石８は、基台４に先端部が装着されたスピンドルの回転軸（すなわち、基台４の中心を通る鉛直方向又は鉛直方向に対して僅かに傾いた方向に延在する直線）からの距離が異なる２種類のセグメント砥石を含む。

具体的には、第１セグメント砥石１０は、基台４の径方向において、スピンドルの回転軸から最も遠くに位置する外周端が第１外径サイズ位置に配設され、また、スピンドルの回転軸の最も近くに位置する内周端が第１内径サイズ位置に配設される。

なお、第１外径サイズ位置は、スピンドルの回転軸を中心とする直径ｄ１の第１仮想円の円周の位置と概ね一致する位置である。また、第１内径サイズ位置は、スピンドルの回転軸を中心とする直径ｄ２の第２仮想円の円周の位置と概ね一致する位置である。

また、第２セグメント砥石１２は、基台４の径方向において、スピンドルの回転軸から最も遠くに位置する外周端が第２外径サイズ位置に配設され、また、スピンドルの回転軸の最も近くに位置する内周端が第２内径サイズ位置に配設される。

なお、第２外径サイズ位置は、スピンドルの回転軸を中心とする、第１仮想円の直径ｄ１より短く、かつ、第２仮想円の直径ｄ２より長い直径ｄ３の第３仮想円の円周の位置と概ね一致する位置である。また、第２内径サイズ位置は、スピンドルの回転軸を中心とする、第２仮想円の直径ｄ２より短い直径ｄ４の第４仮想円の円周の位置と概ね一致する位置である。

研削ホイール２のサイズは、研削対象となる被加工物のサイズに依存して設計される。具体的には、研削ホイール２は、上記の第１仮想円の直径ｄ１が被加工物のデバイス領域の半径超直径未満となり、かつ、上記の第４仮想円の直径ｄ４が被加工物のデバイス領域の半径未満となるように設計される。

さらに、第２セグメント砥石１２は、第１セグメント砥石１０より硬い。なお、本実施形態においては、第２セグメント砥石１２を第１セグメント砥石１０より硬くするための手段に制限はない。

例えば、第２セグメント砥石１２のボンド材として、第１セグメント砥石１０のボンド材より硬い材料を選択すればよい。また、第２セグメント砥石１２の気孔率が第１セグメント砥石１０の気孔率より低くなるように第１セグメント砥石１０及び第２セグメント砥石１２を設計してもよい。

図２は、図１に示される研削ホイール２によって研削される被加工物を模式的に示す斜視図である。図２に示される被加工物１１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）等の半導体材料で形成された円盤状のウェーハである。被加工物１１は、例えば、１００μｍ以上１０００μｍ以下の所定の厚さを有する。

被加工物１１の表面１１ａ側は、円形のデバイス領域１３ａと、デバイス領域１３ａを囲繞する環状の外周余剰領域１３ｂとに区画されている。なお、図２においては、デバイス領域１３ａと外周余剰領域１３ｂとの境界線が破線で示されているが、この境界線は、仮想線であり、実際の被加工物１１には存在しない。

デバイス領域１３ａにおいては、互いに交差する複数の分割予定ライン（ストリート）１５によって複数の領域が格子状に区画されており、各領域には、ＩＣ又はＬＳＩ等のデバイス１７が形成されている。さらに、被加工物１１の裏面１１ｂ側を研削する際にデバイス１７が損傷するのを防止するため、樹脂で形成された円形の保護部材１９が表面１１ａに貼り付けられている。

なお、被加工物１１の材質、形状、構造及び大きさ等に制限はない。例えば、シリコン以外の他の半導体材料でなるウェーハを被加工物１１として用いることもできる。また、デバイス１７の種類、数量、形状、構造、大きさ及び配置等にも制限はない。

図３は、図１に示される研削ホイール２によって図２に示される被加工物１１を研削する研削装置を模式的に示す斜視図である。図３に示される研削装置２０は、保護部材１９を介して被加工物１１の表面１１ａ側を吸引して保持することが可能なチャックテーブル２２を有する。

チャックテーブル２２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料からなる円盤状の枠体２４を有する。枠体２４の上面側には、円形状の開口を上端に持つ凹部２４ａが形成されている。この凹部２４ａには、セラミックス等からなる円盤状のポーラス板２６が固定されている。

ポーラス板２６の上面２６ａは、円錐の側面に相当する形状に構成されており、この上面２６ａに保護部材１９が接触する。ポーラス板２６の下面側は、枠体２４の内部に設けられた流路２４ｂ及びバルブ（不図示）等を介して、エジェクタ等の吸引源（不図示）に接続されている。

そのため、バルブを開いた状態で吸引源を動作させれば、ポーラス板２６の上面２６ａに接触する保護部材１９がチャックテーブル２２により吸引される。この場合、図３に示されるように、被加工物１１の裏面１１ｂが上方に露出した状態でチャックテーブル２２が被加工物１１を保持する。

さらに、枠体２４の下部には、モーター等の回転駆動源（不図示）が連結されている。チャックテーブル２２は、この回転駆動源から生じる力によって回転する。なお、チャックテーブル２２の回転軸は、ポーラス板２６の上面２６ａの中心（円錐の側面に相当する形状の頂点）２６ｂを通り、かつ、鉛直方向又は鉛直方向に対して僅かに傾いた方向に延在する直線である。

チャックテーブル２２の上方には、研削ユニット３０が配置されている。研削ユニット３０は、例えば、鉛直方向に延在する筒状のスピンドルハウジング（不図示）を含む。スピンドルハウジングの内側の空間には、柱状のスピンドル３２が回転可能な態様で収容されている。

スピンドル３２の先端部（下端部）には、円盤状のマウント３４が設けられている。マウント３４の外周部にはマウント３４を鉛直方向に貫通する複数の穴（不図示）が形成されており、各穴にはボルト３６が挿入されている。

ボルト３６は、図１に示される研削ホイール２の雌ネジ６に螺合可能である。雌ネジ６にボルト３６が螺合されると、複数のセグメント砥石８（第１セグメント砥石１０及び第２セグメント砥石１２）が下を向くように研削ホイール２がマウント３４に固定される。さらに、スピンドル３２の上端には、モーター等の回転駆動源（不図示）が連結されている。

研削ホイール２がスピンドル３２の先端部に装着されている場合、研削ホイール２は、この回転駆動源から生じる力によってスピンドル３２と共に回転する。なお、この場合のスピンドル３２の回転軸は、研削ホイール２の基台４の中心を通る鉛直方向又は鉛直方向に対して僅かに傾いた方向に延在する直線である。

加えて、研削ホイール２の近傍には、複数のセグメント砥石８（第１セグメント砥石１０及び第２セグメント砥石１２）の下面（研削面）等に対して研削用の液体（代表的には、水）を供給できるように構成されたノズル（不図示）が設けられている。

なお、このノズルは、研削ホイール２の内部に設けられていてもよい。また、研削ユニット３０は、移動機構（不図示）によって支持されており、この移動機構から生じる力によって鉛直方向に移動する。

図４は、図３に示される研削装置を用いて図１に示される研削ホイール２によって図２に示される被加工物１１の裏面１１ｂ側を研削する研削方法の一例を示すフローチャートである。

この研削方法においては、まず、第１セグメント砥石１０と第２セグメント砥石１２とを含む研削ホイール２を研削装置２０のスピンドル３２の先端部に装着する（準備ステップ：Ｓ１）。具体的には、スピンドル３２の先端に設けられたマウント３４の複数の穴のそれぞれに挿入されたボルト３６を研削ホイール２の雌ネジ６に螺合させる。

次いで、被加工物１１をチャックテーブル２２に保持させる（保持ステップ：Ｓ２）。具体的には、被加工物１１の表面１１ａに貼り付けられた保護部材１９をチャックテーブル２２のポーラス板２６の上面２６ａに接触させた後、ポーラス板２６と吸引源との間に設けられたバルブを開いた状態で吸引源を動作させる。

次いで、被加工物１１の裏面１１ｂを研削して、円形凹部とリング状補強部とを形成する（研削ステップ：Ｓ３）。具体的には、チャックテーブル２２及び研削ホイール２を共に回転させながら、複数のセグメント砥石８（第１セグメント砥石１０及び第２セグメント砥石１２）の下面（研削面）が被加工物１１の裏面１１ｂのデバイス領域１３ａに対応する領域に当接するように研削ユニット３０を下降させる。

この研削方法においては、第２セグメント砥石１２が第１セグメント砥石１０より内側に配設された研削ホイール２を用いて被加工物１１の研削が行われる。この場合、第２セグメント砥石１２の下面より外側に位置する第１セグメント砥石１０の外周端近傍の下面の摩耗が促進される。

そのため、研削ホイール２を用いた研削によって被加工物１１に円形凹部と円形凹部を囲繞するリング状補強部とを形成する場合、円形凹部の角近傍の部分は、摩耗しやすい第１セグメント砥石１２のみで研削されて形成される。

これにより、研削後の被加工物１１において円形凹部の角の近傍に位置する部分がその他の研削された部分より厚くなり、円形凹部の角の断面形状が円弧状になる。その結果、円形凹部の角近傍の部分における応力集中が緩和され、この部分における割れの発生が抑制される。

さらに、このような割れの発生を抑制するという観点では、研削ホイール２における第１セグメント砥石１０の個数が第２セグメント砥石１２の個数より少ないことが好ましい。例えば、複数のセグメント砥石８（第１セグメント砥石１０及び第２セグメント砥石１２の合計）に占める第１セグメント砥石１０の割合が、０超０．４未満であることが好ましい。

これにより、第１セグメント砥石１０の外周端近傍の下面における摩耗が促進される。その結果、研削後の被加工物１１において円形凹部の角の近傍に位置する部分をより厚く残存させることができる。

また、第１セグメント砥石１０の外周端近傍の下面における摩耗を促進するという観点では、第１セグメント砥石１０の回転軌道の最外周と、第２セグメント砥石１２の回転軌道の最外周との間隔（図１（Ｂ）に示される第１仮想円の直径ｄ１と第３仮想円の直径ｄ３の差）が大きい方が好ましい。

他方、第２セグメント砥石１２の回転軌道の最外周が小さすぎると、被加工物１１から得られる複数のチップの厚さがばらつくおそれがある。そのため、例えば、第１セグメント砥石１０の回転軌道の最外周と第２セグメント砥石１２の回転軌道の最外周との間隔（図１（Ｂ）に示される第１仮想円の直径ｄ１と第３仮想円の直径ｄ３の差）が、１００μｍ以上５００μｍ未満であることが好ましく、２００μｍ以上３００μｍ未満であることがより好ましい。

その他、上述した実施形態及び変形例にかかる構造及び方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１１ ：被加工物 （１１ａ：表面、１１ｂ：裏面）
１３ａ ：デバイス領域
１３ｂ ：外周余剰領域
１５ ：分割予定ライン（ストリート）
１７ ：デバイス
１９ ：保護部材
２１ ：被加工物 （２１ａ：部分）
２３ ：円形凹部
２５ ：リング状補強部
２ ：研削ホイール
４ ：基台
６ ：雌ネジ
８ ：複数のセグメント砥石
１０ ：第１セグメント砥石
１２ ：第２セグメント砥石
２０ ：研削装置
２２ ：チャックテーブル
２４ ：枠体 （２４ａ：凹部、２４ｂ：流路）
２６ ：ポーラス板 （２６ａ：上面、２６ｂ：中心（頂点））
３０ ：研削ユニット
３２ ：スピンドル
３４ ：マウント
３６ ：ボルト

Claims (4)

1. 複数のデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有する被加工物の裏面の該デバイス領域に対応する領域を研削して、円形凹部と該円形凹部を囲繞するリング状補強部とを形成する研削方法に使用される研削ホイールであって、
   スピンドルの先端部に装着される装着面を有する基台と、
   該装着面の反対の面において該基台の周方向に沿って隙間を空けて環状に配設される複数のセグメント砥石と、を備え、
   該複数のセグメント砥石は、
   外周端が第１外径サイズ位置に配設される第１セグメント砥石と、
   外周端が該第１外径サイズ位置より内側の位置である第２外径サイズ位置に配設される第２セグメント砥石と、を含み、
   該第２セグメント砥石は、該第１セグメント砥石より硬いことを特徴とする研削ホイール。
2. 該第２セグメント砥石のボンド材は、該第１セグメント砥石のボンド材と異なる、請求項１に記載の研削ホイール。
3. 該第２セグメント砥石は、該第１セグメント砥石より気孔率が低い、請求項１又は２に記載の研削ホイール。
4. 複数のデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有する被加工物の裏面の該デバイス領域に対応する領域を研削して、円形凹部と該円形凹部を囲繞するリング状補強部とを形成する研削方法であって、
   外周端が第１外径サイズ位置に配設される第１セグメント砥石と外周端が該第１外径サイズ位置より内側の位置である第２外径サイズ位置に配設される第２セグメント砥石と、を含む複数のセグメント砥石を備える研削ホイールをスピンドルの先端部に装着する準備ステップと、
   該被加工物をチャックテーブルに保持させる保持ステップと、
   該保持ステップ後、該研削ホイールで該被加工物の裏面の該デバイス領域に対応する領域を研削して、該円形凹部と該円形凹部を囲繞する該リング状補強部とを形成する研削ステップと、
   を備えることを特徴とする研削方法。

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