JP4354769B2

JP4354769B2 - ウェーハの研磨方法

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Publication number: JP4354769B2
Application number: JP2003327861A
Authority: JP
Inventors: 平出浩昭; 荒井一尚
Original assignee: 株式会社ディスコ
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: JP2005093882A

Description

本発明は、ウェーハの研磨方法に関するものである。

表面側に回路が形成された半導体ウェーハは、裏面が研磨されて所定の厚さに形成された後に、個々の回路ごとの半導体チップに分割されて各種電子機器に利用されている。近年の電子機器の小型化、軽量化のニーズに対応し、半導体チップの厚みを１００μｍ以下、５０μｍ以下というように極めて薄く形成することが求められており、これに対応して半導体ウェーハの裏面の研磨も１００μｍ、５０μｍといった所望の厚みになるまで行われる。

しかし、半導体ウェーハは、加工や搬送の過程において割れや欠けが生じるのを防止するために、その外周部が、例えば円弧状に面取りされている（例えば特許文献１参照）。従って、裏面を研磨して元の厚みの例えば半分以下の厚みとすると、外周部が鋭利なナイフ状に形成され、研磨中またはその後の搬送中に割れやすいという問題がある。

また、裏面の研削により形成された研削痕やマイクロクラック等を除去するために研磨布を用いて半導体ウェーハの裏面を研磨することによっても外周部が鋭利なナイフ状になり、研磨布に引っかかって研磨中に半導体ウェーハが破損するという問題がある。

更に、フェルトのような柔軟部材に砥粒を混入させて研磨布を構成し、乾式にて半導体ウェーハの裏面を研磨すると、パウダー状の研磨屑がナイフ状に形成された外周部の下方に堆積し、これによって半導体ウェーハの外周部が持ち上がり、研磨中に半導体ウェーハが破損したり、半導体ウェーハを裏返して裏面をダイシングテープに貼り替える際に研磨屑が落下し、半導体ウェーハとダイシングテープとの間に入り込み、ダイシングの際に半導体ウェーハが損傷するという問題がある。

そこで、裏面の研磨前に、ダイシング装置やコアドリルを用いて円弧状に形成された半導体ウェーハの外周部を外周に沿って切断して取り除き、外周側面に垂直壁を形成してから裏面を研磨することも試みられている（この技術については特に関連する文献を発見できない）。

特開平１０−２０９４０８号公報

しかし、ダイシング装置を用いて半導体ウェーハの外周を切断すると、リング状の端材が発生して処理に手間がかかるという問題がある。更に、ダイシング装置のチャックテーブルにおいて半導体ウェーハを直接保持する場合には、切削ブレードの刃先を逃がすための溝をチャックテーブルに形成しておく必要がある。

一方、コアドリルを用いる場合には、切断後の半導体ウェーハの外径に合わせた装置を構成しなければならず、コスト高になるという問題がある。

このように、ウェーハの研磨を行う前にウェーハの損傷の原因となる面取りされた外周部を取り除く場合には、端材の処理を不要とし、ダイシング装置やコアドリルの改造等を不要として生産性及び経済性を高めることに課題を有しており、本発明はかかる課題を解決するものである。

上記課題を解決するために本発明は、外周側面が面取りされ、必要領域が不要領域によって囲繞された構成であり、結晶方位を示すマークとしてオリエンテーションノッチが形成されている半導体ウェーハの面を研磨する場合において、不要領域の非研磨面に所定深さの溝を形成してその溝を構成する内側壁によって必要領域を囲繞すると共に、オリエンテーションノッチを不要領域に含めて直線溝を形成し、その直線溝を結晶方位を示すマークとし、少なくとも必要領域の非研磨面に保護部材を貼着し、保護部材側をチャックテーブルに載置して半導体ウェーハの研磨面を研磨手段により研磨して溝を研磨面から表出させることを要旨とする半導体ウェーハの研磨方法を提供する。

本発明の対象となる半導体ウェーハは、外周が面取りされているもので、代表的なものとして円弧状に面取りされたものがあるが、円弧状でなくても研磨により破損しやすい形状となっているものは含まれる。

非研磨面に複数の素子が形成され、研磨面に素子が形成されていないときは、非研磨面が表面、研磨面が裏面となる。また、素子が形成されている領域が必要領域となり、素子が形成されていない領域が不要領域となる。なお、半導体ウェーハに回路が形成される前であれば、どちらの面を研磨してもよい。

また、溝を構成する内側壁で囲繞された必要領域の外周端部を面取りしてもよい。かかる面取りをする場合は、ウェーハの仕上がり厚さの半分以下の厚さ分だけ面取りすることが望ましい。

研磨手段としては、複数の砥石が固着された研削ホイールがスピンドルと共に回転する構成のもの、研磨布が固着された研磨ホイールがスピンドルと共に回転する構成のもの、砥粒を混入させた柔軟部材が固着された研磨ホイールがスピンドルと共に回転する構成のものを使用することができる。

本発明においては、ウェーハの不要領域を完全切断せず、不要領域の非研磨面に所定深さの溝を形成しておき、少なくとも必要領域の非研磨面に保護部材を貼着した状態でウェーハの研磨面を研磨して溝を研磨面から表出させることとしたため、不要領域は溝の形成及び研磨によって破壊されてリング状の端材は生じない。従って、従来のような端材の処理は不要となり、生産性が向上する。また、従来のようにウェーハと保護部材との間に研磨屑が入り込むといった問題がないため、研磨中に半導体ウェーハが持ち上がったり、研磨後にダイシングテープに貼り替える際にダイシングテープとウェーハとの間に研磨屑が入り込んだりしてウェーハが破損するのを防止することができる。

結晶方位を示すマークがオリエンテーションノッチである場合は、オリエンテーションノッチを不要領域に含めて直線溝を形成すると、その直線溝がオリエンテーションフラットと同様に結晶方位を示すマークとしての機能を果たすことになり、研磨により外周に欠けが生じたとしても、結晶方位を確実に認識できるようになる。

更に、溝を構成する内側壁で囲繞された必要領域の外周端部を面取りすることにより、研磨後のウェーハが破損しにくくなる。

ウェーハの一例である図１に示す半導体ウェーハ１の裏面を研磨する場合について説明する。即ちこの場合は裏面が研磨面、表面が非研磨面となる。半導体ウェーハ１の表面１０には、所定間隔を置いて格子状にストリート１２が形成され、ストリート１２によって区画された多数の矩形領域にはそれぞれ素子が形成されており、ストリート１２を切削することにより、素子ごとの半導体チップ１３となる。半導体ウェーハ１のうち、複数の素子が形成されている部分が必要領域であり、必要領域を囲繞し素子が形成されていない部分が不要領域である。

図１の半導体ウェーハ１においては、結晶方位を示すマークとして、オリエンテーションフラット１４が形成されている。また、図２に示すように、半導体ウェーハ１の外周側部１５は、加工や搬送の過程において割れや欠けが生じるのを防止するために円弧状に面取りされている。

まず、例えば図３に示す切削装置２を用いて、図２に示した円弧状に形成された外周側部１５の内側の表面１０に所定深さの溝を形成する。切削装置２には、被切削物を保持する保持テーブル２０と、回転可能なスピンドル２１の先端に切削ブレード２２が装着された構成の切削手段２３とを備えている。図３に示すように、半導体ウェーハ１の裏面１１側が保持テーブル２０に保持されて表面１０が露出した状態とし、最初に保持テーブル２０をＸ軸方向に移動させながら高速回転する切削ブレード２２を切り込ませてオリエンテーションフラット１４と平行に直線溝１６０を形成し、次に直線溝１６０に交差するように切削ブレード２２を位置付け、保持テーブル２０を回転させながら切削ブレード２２を所定深さ切り込ませることにより、半導体ウェーハ１の外周に欠けを生じさせることなく、図４に示すように外周に沿った円状溝１６１を形成し、全体として溝１６が形成される（溝形成工程）。溝１６の深さは最終的な半導体ウェーハの仕上がり厚さに相当する深さ以上である。

図５に示すように、切削ブレード２２として刃先がほぼ矩形状に形成されたものを使用することにより、溝１６は断面がほぼ矩形になり、絶壁状の内側壁１６ａと外側壁１６ｂとが形成される。この絶壁状の内側壁１６ａ及び外側壁１６ｂは、垂直または垂直に近い状態に形成されていればよい。溝１６を形成することにより、必要領域１７が溝１６を構成する内側壁１６ａによって囲繞された構成となる。ここで、図６に示すように、刃先がテーパ状に形成されたベベルブレード２４を用いて内側壁１６ａで囲繞された必要領域１７の外周端部をベベルカットして面取りしてもよい。このように面取りしておくことにより、後に半導体ウェーハ１が破損するのを防止することができる。テーパ状に面取りする量は、例えば半導体ウェーハ１の仕上がり厚さの半分以下の厚さ分、例えば５μｍ前後である（面取り工程）。

なお、図７に示すように、幅の広い切削ブレードを用いて不要領域１８の表面側を外周まで取り除いてしまって溝１６を形成してもよい。この場合も図８に示すように、ベベルブレード２４を用いて内側壁１６ａを面取りしておいてもよい。

図９に示すように、半導体ウェーハ１の厚みをｔ、ベベルブレード２４の先端の角度をθ、所望の面取り幅をｗ、半導体ウェーハ１の裏面１１からブレード２４の下端までの距離であるブレードハイトをｈとすると、
ｔａｎθ＝ｗ／（ｔ−ｈ）
という関係が成立する。従って、面取り幅ｗの加工を行う際のブレードハイトｈは、
ｈ＝ｔ−｛ｗ／ｔａｎθ｝
によって求めることができる。

スピンドル２１の熱膨張等の機械的要因でベベルカットの位置がずれた場合は、カット位置の補正を行う。図９において二点鎖線で示された位置が最終的な面取りの位置であるにもかかわらず、実際にはベベルブレード２４が実線の位置にある場合、実際の面取り幅はｗ、‘所望の面取り幅ｗとｗ’との差を△ｗ、ベベルブレード２４のずれを△ｄとすると、△ｄは以下の式によって求めることができる。
△ｄ＝△ｗ＝ｗ−ｗ’＝（ｔ−ｈ）ｔａｎθ―ｗ’

また、ベベルブレード２４の部分的な磨耗を防ぐために、面取り幅を一定としつつカット位置とブレードハイトとを制御することもできる。図１０において、必要とされる面取り幅をｗ、基準となるカット位置からのベベルブレード２４のオフセットをｄ、ベベルブレード２４の先端の角度をθ、半導体ウェーハ１の厚みをｔ、ブレードハイトをｈとすると、
ｔａｎθ＝（ｗ＋ｄ）／（ｔ−ｈ）
であるから、面取り幅ｗの加工を行うためのブレードハイトｈは、
ｈ＝ｔ−｛（ｗ＋ｄ）／ｔａｎθ｝
によって求めることができる。なお、ベベルカットに用いるブレードは、外周部の片面のみが斜面状に形成されているタイプのものでもよい。

溝形成工程終了後は、図１１に示すように、溝１６が形成された半導体ウェーハ１の表面１０に保護部材３を貼着する。保護部材３としては、例えば粘着テープを使用することができる。図１１の例は、図５及び図６に示した溝１６が形成された半導体ウェーハ１に保護部材３を貼着した状態を示している。保護部材３は、少なくとも必要領域１７の全体が被覆されるように貼着すればよいが、不要領域１８を含めて被覆するようにしてもよい。また、図７及び図８に示した例の場合にも、図１２に示すように、少なくとも必要領域１７の全体が被覆されるように保護部材３を貼着する（保護部材貼着工程）。

表面に溝１６が形成されると共に保護部材３が貼着された半導体ウェーハ１は、例えば図１３に示す研磨装置４において裏面を研磨される。研磨装置４には、水平方向に移動可能であると共に回転可能なチャックテーブル４０を備えており、チャックテーブル４０においては保護部材３側を保持し、半導体ウェーハ１の裏面１１が露出した状態とする。

基台４１から起立した壁部４２の内側の面には一対のガイドレール４３が垂直方向に配設されていると共に、パルスモータ４４に連結されたボールネジ４５が垂直方向に配設されている。ガイドレール４３には支持板４６が摺動可能に係合しており、また、支持板４６に備えたナット（図示せず）がボールネジ４５に螺合しており、パルスモータ４４の駆動によりボールネジ４５が回転するのに伴い、支持板４６が昇降する構成となっている。

支持板４６には研磨手段４７が固定されている。研磨手段４７は、垂直方向に配設されたスピンドル４７０と、スピンドル４７０に連結されスピンドル４７０を回転駆動するモータ４７１と、スピンドル４７０の下端に形成されたマウンタ４７２と、マウンタ４７２に装着された研削ホイール４７３とから構成され、図１４に示すように、研削ホイール４７３の下面には複数の砥石４７４が固着されている。研削ホイール４７３にはマウンタ４７２に取り付けるためのネジ穴４７３ａが形成されており、また、湿式にて研磨を行うため、被研削物に対して研削液を供給する複数の研削液流出口４７３ｂが複数形成されている。なお、研削ホイール４７３に替えて、図１５に示す研磨ホイール４７５を使用することもできる。この研磨ホイール４７５は、下面に研磨布４７５ａが固着されて構成される。この研磨ホイール４７５を用いる場合はＣＭＰにて研磨が行われる。また、図１６に示す研磨ホイール４７６のように、下面にフェルトのような柔軟部材４７６ａが固着されたものを使用することもできる。この場合は柔軟部材４７６ａに砥粒が混入されて構成される。この研磨ホイール４７６を用いる場合は乾式にて研磨が行われるため、研磨水流出口は形成されていない。

表面に保護部材３が貼着された半導体ウェーハ１を保持したチャックテーブル４０が研磨手段４７の直下に移動すると共にチャックテーブル４０が回転すると、スピンドル４７０の回転に伴って砥石４７４が回転しながら研磨手段４７が下降して半導体ウェーハ１の裏面１１に接触することにより、当該裏面１１が研磨されていく。研磨中は、湿式の研磨の場合には、図１４に示した研磨水流出口４７３ｂから研磨水が流出して半導体ウェーハ１が冷却される。

半導体ウェーハ１の裏面１１が所定量研磨されて、例えば厚さが５０μｍ〜３０μｍとなると、図１７に示すように、溝１６が裏面１１側から表出して必要領域１７と不要領域１８とが分離される（研磨工程）。このとき、不要領域１８は研磨により徐々に薄くなって破壊されるため、ダイシング装置やコアドリルで切断した場合のように、リング状の端材が残ることはない。また、研磨工程で用いる研磨装置に特別な機構は必要なく、従来からあるものを使用することができるため、経済的である。

一方、図１４に示した研削ホイール４７３、図１５に示した研磨ホイール４７５、図１６に示した研磨ホイール４７６のいずれを使用した場合も、溝１６を構成する内側壁１６ａが垂直または垂直に近い形状となるため、半導体ウェーハ１と保護部材３との間に研磨屑が入り込まない。従って、研磨中に半導体ウェーハ１の外周部が持ち上がることがなく、また、裏面研磨後の半導体ウェーハ１を裏返してダイシングテープに貼着する際に、ダイシングテープと半導体ウェーハとの間に研磨屑が入り込むこともないため、ダイシングの際に半導体ウェーハを損傷させることがない。

なお、図１８に示す半導体ウェーハ５のように、結晶方位を示すマークとして、オリエンテーションフラットではなくオリエンテーションノッチ５０が形成されている場合は、オリエンテーションノッチ５０は不要領域に含まれるため、結晶方位がわからなくなる。この場合、図示の例のようにオリエンテーションノッチ５０の内周側に直線状の直線溝５１を形成すると、研磨工程遂行後は直線溝５１を構成する内側壁がオリエンテーションフラットの役目を果たすことになり、オリエンテーションノッチ５０が完全になくなっても問題はない。即ち、直線溝５１がオリエンテーションフラットと同様に結晶方位を示すマークとしての機能を果たすことによって、研磨工程によって外周に欠けが生じたとしても、結晶方位を確実に認識できるようになる。なお、最初に直線部５１を形成してから直線部５１に交差するように切削ブレードを位置付けて円状溝５３を形成していくと、円弧状の溝を形成する際の最初の切り込みにより欠けが生じるのを防止することができる。

本発明は、ウェーハの面を研磨する場合において、特に、端材を生じさせず、専用の装置も必要とされないため、生産性及び経済性を向上させるのに適している。

オリエンテーションフラットが形成された半導体ウェーハの例を示す平面図である。同半導体ウェーハを示す拡大正面図である。溝形成工程を示す斜視図である。溝形成工程後の半導体ウェーハを示す平面図である。溝形成工程後の半導体ウェーハの第一の例を示す拡大断面図である。必要領域の外周端部を面取りする様子を示す断面図である。溝形成工程後の半導体ウェーハの第二の例を示す拡大断面図である。必要領域の外周端部を面取りする様子を示す断面図である。ベベルカットの位置ずれを示す説明図である。ベベルカットの面取り幅を示す説明図である。保護部材が貼着された半導体ウェーハの第一の例を示す断面図である。保護部材が貼着された半導体ウェーハの第二の例を示す断面図である。研磨装置の一例を示す斜視図である。研削ホイールの一例を示す斜視図である。研磨ホイールの一例を示す斜視図である。研磨ホイールの一例を示す斜視図である。必要領域と不要領域とが分離された状態を示す断面図である。オリエンテーションノッチが形成された半導体ウェーハの例を示す平面図である。溝形成後の半導体ウェーハを示す平面図である。

符号の説明

１：半導体ウェーハ
１０：表面１１：裏面１２：ストリート１３：半導体チップ
１４：オリエンテーションフラット１５：外周側部
１６：溝
１６０：直線溝１６１：円状溝１６ａ：内側壁１６ｂ：外側壁
１７：必要領域１８：不要領域
２：切削装置
２０：保持テーブル２１：スピンドル２２：切削ブレード２３：切削手段
２４：ベベルブレード
３：保護部材
４：研磨装置
４０：チャックテーブル４１：基台４２：壁部４３：ガイドレール
４４：パルスモータ４５：ボールネジ４６：支持板
４７：研磨手段
４７０：スピンドル４７１：モータ４７２：マウンタ
４７３：研削ホイール
４７３ａ：ねじ穴４７３ｂ：研削液流出口
４７４：砥石
４７５、４７６：研磨ホイール
４７５ａ：研磨布４７６ａ：柔軟部材
５：半導体ウェーハ
５０：オリエンテーションノッチ５１：直線溝５２：不要領域
５３：円状溝

Claims

外周側面が面取りされ、必要領域が不要領域によって囲繞された構成であり、結晶方位を示すマークとしてオリエンテーションノッチが形成されている半導体ウェーハの面を研磨する半導体ウェーハの研磨方法であって、
該不要領域の非研磨面に所定深さの溝を形成し、該溝を構成する内側壁によって該必要領域を囲繞すると共に、該オリエンテーションノッチを該不要領域に含めて直線溝を形成し、該直線溝を結晶方位を示すマークとする溝形成工程と、
少なくとも該必要領域の該非研磨面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、
該保護部材側をチャックテーブルに載置して該半導体ウェーハの研磨面を研磨手段により研磨して該溝を該研磨面から表出させる研磨工程と
から構成される半導体ウェーハの研磨方法。
前記外周側面は円弧状に面取りされている
請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
前記必要領域の前記非研磨面には複数の素子が形成され、前記研磨面には素子が形成されていない
請求項１または２に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
前記研磨手段は、複数の砥石が固着された研削ホイールと、該研削ホイールを回転させるスピンドルとを少なくとも備え、前記研磨工程においては、半導体ウェーハに研磨液を供給しながら、回転する該砥石が該半導体ウェーハの面に接触して研磨が行われる
請求項１、２または３に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
前記研磨手段は、研磨布が固着された研磨ホイールと、該研磨ホイールを回転させるスピンドルとを少なくとも備え、前記研磨工程においては、回転する該研磨布が該半導体ウェーハの面に接触して研磨が行われる
請求項１、２または３に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
前記研磨手段は、砥粒を混入させた柔軟部材が固着された研磨ホイールと、該研磨ホイールを回転させるスピンドルとを少なくとも備え、前記研磨工程においては、回転する該柔軟部材が該半導体ウェーハの面に接触して研磨が行われる
請求項１、２または３に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
前記溝形成工程の後、前記保護部材貼着工程の前に、前記内側壁で囲繞された必要領域の外周端部を半導体ウェーハの仕上がり厚さの半分以下の厚さ分だけ面取り加工する面取り工程を遂行する
請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体ウェーハの研磨方法。