JP5295731B2 - ウエーハの研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハを研削するウエーハの研削方法及び研削ホイールに関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、ダイシング装置によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

ウエーハの裏面を研削する研削装置は、ウエーハを保持し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する回転可能な研削ホイールを有する研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルの保持面に対して垂直方向に研削送りする研削送り手段とを備えていて、ウエーハを高精度に所望の厚さに研削することができる（特開平５−２８５８０７号公報参照）。
特開平５−２８５８０７号公報

一般的な研削装置では、研削手段の送り速度は１〜３μｍ／秒と比較的遅く、生産性の改善が望まれている。また、例えば、粗研削用の研削手段と仕上げ研削用の研削手段とを備えた研削装置においては、研削装置の研削能力が研削速度の遅いほうに依存するため、何れかの研削手段に遊び時間が生じ生産性が悪いという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生産性を向上可能なウエーハの研削方法及び研削ホイールを提供することである。

本発明によると、粗研削ユニットと仕上げ研削ユニットとを有する研削装置を用いてウエーハを研削するウエーハの研削方法であって、ホイール基台と、該ホイール基台の自由端面に環状に配列された第１の研削砥石と、該第１の研削砥石の半径方向内側で該第１の研削砥石と半径方向の間隔が研削すべきウエーハの半径よりも短い間隔を有し、該第１の研削砥石と同心円状に配列された第２の研削砥石とを含む該粗研削ユニットの研削ホイールを準備する研削ホイール準備工程と、チャックテーブルに保持されたウエーハの回転中心を該第１の研削砥石が通過するように該研削ホイールを位置付ける研削ホイール位置付け工程と、該研削ホイール位置付け工程実施後、該チャックテーブルを回転するとともに該研削ホイールを回転させて、該第１の研削砥石と該第２の研削砥石とによってウエーハを粗研削する粗研削工程と、該粗研削工程実施後、該仕上げ研削ユニットによりウエーハを仕上げ研削する仕上げ研削工程と、を含み、該粗研削ユニットによる研削速度を速めて該仕上げ研削ユニットの遊び時間の短縮化を図るようにしたことを特徴とするウエーハの研削方法が提供される。

好ましくは、チャックテーブルの保持面は回転中心を頂点とした僅かな円錐形状に形成されており、研削ホイールの第１及び第２の研削砥石は該円錐形保持面と平行に位置付けられ、チャックテーブルは、第２の研削砥石の研削領域から第１の研削砥石の研削領域に向かう方向に回転される。

本発明によると、研削ホイールに二組の研削砥石を半径方向に離間して同心円状に配設し、ウエーハを二組の研削砥石で同時に研削するようにしたので、研削速度を速める事ができ、生産性を向上することができる。また、二つの研削手段を備えた研削装置においては、研削速度の遅いほうの研削手段の研削速度を速めて遊び時間の短縮化を図ることができる。

以下、本発明実施形態の研削装置を図面を参照して詳細に説明する。図１は所定の厚さに加工される前の半導体ウエーハの斜視図である。図１に示す半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数のストリート（分割予定ライン）１３が格子状に形成されていると共に、該複数のストリート１３によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

このように構成された半導体ウエーハ１１は、デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を備えている。また、半導体ウエーハ１１の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ２１が形成されている。

半導体ウエーハ１１の表面１１ａには、保護テープ貼着工程により保護テープ２３が貼着される。従って、半導体ウエーハ１１の表面１１ａは保護テープ２３によって保護され図２に示すように裏面１１ｂが露出する形態となる。

以下、このように構成された半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを所定の厚さに研削する研削装置を図３を参照して説明する。研削装置２は、概略直方体形状の装置ハウジング４を具備している。装置ハウジング４の右上端には、垂直支持板６が立設されている。

垂直支持板６の内側面には、上下方向に伸びる二対の案内レール８及び１０が設けられている。一方の案内レール８には粗研削ユニット１２が上下方向に移動可能に装着されており、他方の案内レール１０には仕上げ研削ユニット１４が上下方向に移動可能に装着されている。

粗研削ユニット１２は、ユニットハウジング１６と、ユニットハウジング１６内に回転可能に収容されたスピンドル１８と、スピンドル１８を回転する電動モータ２０と、スピンドル１８の下端に固定されたホイールマウント２２と、ホイールマウント２２の下端に装着された研削ホイール２４とを含んでいる。研削ホイール２４には粗研削用の研削砥石が環状に配設されている。

ユニットハウジング１６は移動基台２６に取り付けられており、ボール螺子２８とパルスモータ３０とから構成される研削送り機構３２により粗研削ユニット１２が案内レール８に沿って上下方向に移動される。

仕上げ研削ユニット１４も粗研削ユニット１２と同様に構成されており、ユニットハウジング３４と、ユニットハウジング３４内に収容されたスピンドル３６と、スピンドル３６を回転駆動する電動モータ３８と、スピンドル３６の先端に固定されたホイールマウント４０と、ホイールマウント４０に装着された研削ホイール４２とを含んでいる。研削ホイール４２には、仕上げ研削用の研削砥石が環状に配設されている。

ユニットハウジング３４は移動基台４４に取り付けられており、ボール螺子４６とパルスモータ４８とから構成される研削送り機構５０により仕上げ研削ユニット１４はガイドレール１０に沿って上下方向に移動される。

研削装置は、垂直支持板６の前側において装置ハウジング４の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル５２を具備している。ターンテーブル５２は比較的大径の円盤状に形成されており、図示しない回転駆動機構によって矢印５３で示す方向に回転される。

ターンテーブル５２には、互いに円周方向に１２０度離間して３個のチャックテーブル５４が水平面内で回転可能に配置されている。各チャックテーブル５４は、ターンテーブル５２の回転方向と逆方向、即ち時計回り方向に回転される。

ターンテーブル５２に配設された３個のチャックテーブル５４は、ターンテーブル５２が適宜回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａ、粗研削ユニット１２に対向する粗研削加工領域Ｂ、仕上げ研削ユニット１４に対向する仕上げ研削加工領域Ｃ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

研削装置２は、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに対して一方側に配置され、研削加工前のウエーハをストックする第１のカセット５６と、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに対して他方側に配置され、研削加工後のウエーハをストックする第２のカセット５８を具備している。

第１のカセット５６とウエーハ搬入・搬出領域Ａとの間には、第１のカセット５６から搬出されたウエーハを載置する仮置きテーブル６６が配設されている。ウエーハ搬入・搬出領域Ａと第２のカセット５８との間にはスピンナ洗浄手段７４が配設されている。

６０はウエーハ搬送ロボットであり、ハンド６４と、ハンド６４をＸ，Ｙ及びＺ軸の３軸方向に移動可能な多接リンク機構６２とから構成される。ウエーハ搬送ロボット６０は、第１のカセット５６内に収納されたウエーハを仮置きテーブル６６に搬出するとともに、スピンナ洗浄手段７４で洗浄されたウエーハを第２のカセット５８に搬送する。

７０はウエーハ搬入手段（ローディングアーム）であり、仮置きテーブル６６上に載置された研削加工前のウエーハをウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられたチャックテーブル５４上に搬送する。

７２はウエーハ搬出手段（アンローディングアーム）であり、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられたチャックテーブル５４上から研削加工後のウエーハをスピンナ洗浄手段７４に搬送する。７６は洗浄水噴射ノズルであり、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられたウエーハに対して洗浄水を噴射する。

次いで、図４を参照して、研削ホイール２４の構成について説明する。図４（Ａ）は研削ホイール２４の斜視図、図４（Ｂ）はその縦断面図である。研削ホイール２４は、ホイール基台７８と、ホイール基台７８の自由端面に環状に配設された複数の第１の研削砥石８０と、第１の研削砥石８０の内側で第１の研削砥石８０と半径方向の間隔が研削すべきウエーハの半径よりも短い間隔で、第１の研削砥石８０と同心円状に配設された複数の第２の研削砥石８２とを含んでいる。

図４（Ａ）に最もよく示されるように、ホイール基台７８には第１の研削砥石８０に研削水を供給する円周方向に離間して形成された複数の第１の研削水供給孔８８と、第２の研削砥石８２に研削水を供給する円周方向に離間して形成された複数の第２の研削水供給孔９０が形成されている。

図４（Ｂ）に示されるように、スピンドル１８には研削水供給穴８４が形成され、ホイールマウント２２にはキャビティ８６が形成されている。尚、図４（Ｂ）においては、第１及び第２の研削砥石８０，８２の一部の図示が省略されている。

矢印Ａの方向から供給された研削水は、スピンドル１８の研削水供給穴８４及びホイールマウント２２のキャビティ８６を介して、研削ホイール２４に形成された第１及び第２の研削水供給孔８８，９０から噴出され、研削水が第１及び第２の研削砥石８０，８２及びチャックテーブル５４に保持されたウエーハ１１に供給される。

図５に示すように、チャックテーブル５４は、円柱状のチャックテーブル本体９２と、チャックテーブル本体９２の上面に配設された円形状の吸着チャック９４とから構成される。チャックテーブル本体９２は、ステンレス鋼等の金属材料によって形成されており、上面に円形の嵌合凹部９６が形成されている。

嵌合凹部９６の底面外周部に環状の載置棚９８が設けられている。嵌合凹部９６の載置棚９８上に無数の吸引孔を備えたポーラスセラミックス等からなる多孔性部材によって形成された吸着チャック９４が嵌合されている。

吸着チャック９４は、上面である保持面９４ａが図５において誇張して示すように回転中心Ｐ１を頂点として円錐形に形成されている。この円錐形に形成された保持面９４ａは、その半径をＲとし、頂点の高さをＨとすると、勾配（Ｈ／Ｒ）が０．００００１〜０．００１に設定されている。

チャックテーブル本体９２には、嵌合凹部９６に連通する連通路１００が形成されており、その連通路１００は図示しない真空吸引手段に接続されている。従って、吸着チャック９０の上面である９４ａ上にウエーハ１１を載置し、図示しない真空吸引手段を作動することにより、ウエーハ１１はチャックテーブル５４の保持面９４上に吸引保持される。

このように構成された研削装置２の研削作業について以下に説明する。第１のカセット５６中に収容された半導体ウエーハは、ウエーハ搬送ロボット６０の上下動作及び進退動作によって搬送され、ウエーハ位置決めテーブル６６上に載置される。

ウエーハ位置決めテーブル６６上に載置されたウエーハは、複数の位置決めピン６８によって中心合わせが行われた後、ウエーハ搬入手段（ローディングアーム）７０の旋回動作によって、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置せしめられているチャックテーブル５４上に載置され、チャックテーブル５４によって吸引保持される。

次いで、ターンテーブル５２が１２０度矢印５３方向に回転されて、ウエーハを保持したチャックテーブル５４が粗研削ユニット１２に対向する粗研削加工領域Ｂに位置付けられる。

研削ホイール２４の第１及び第２の研削砥石８０，８２は、図５に示した吸着チャック９４の円錐形保持面９４ａに対して平行となるように位置付けられている。粗研削加工領域Ｂに位置付けられたウエーハ１１に対して、図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示すように、チャックテーブル５４を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２４をチャックテーブル５４と反対方向に、即ち矢印ｂ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ユニット移動機構３２を作動して第１及び第２の研削砥石８０，８２をウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール２４を所定の送り速度（例えば３〜５μｍ／秒）で下方に所定量研削送りして、ウエーハ１１の研削を実施する。図７（Ａ）において、１０２は第１の研削砥石８０の研削領域であり、１０４は第２の研削砥石８２の研削領域である。

このように、研削ホイール２４によるウエーハ１１の研削時には、チャックテーブル５４に保持されたウエーハ１１の回転中心Ｐ１を第１の研削砥石８０が通過するように研削ホイール２４が位置付けられる。そして、チャックテーブル５４は、第２の研削砥石８２の研削領域１０４から第１の研削砥石８０の研削領域１０２に向かう方向、即ち矢印ａ方向に回転される。

図示しない接触式の厚み測定ゲージによってウエーハ１１の厚みを測定しながらウエーハを所望の厚み、例えば１００μｍに研削する。研削加工を実施すると、ウエーハ１１の裏面（被研削面）１１ｂには、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）に示すように、多数の弧が放射状に描かれた模様を呈する研削条痕８１，８３が形成される。

しかし、本実施形態の研削方法によると、第２の研削砥石８２による研削条痕８３は第１の研削砥石８０により研削されるため、実際に残留するのは第１の研削砥石８０による研削条痕８１のみとなる。

上述した本実施形態の研削方法によると、第１の研削砥石８０及び第２の研削砥石８２でウエーハ１１の粗研削を実施するため、研削速度を速めることができ、生産性を向上できる。

粗研削が終了したウエーハを保持したチャックテーブル５４は、ターンテーブル５２を矢印５３方向に１２０度回転することにより、仕上げ研削ユニット１４に対向した仕上げ研削加工領域Ｃに位置付けられ、仕上げ研削用の研削砥石を有する研削ホイール４２による仕上げ研削が実施される。

仕上げ研削を終了したウエーハを保持したチャックテーブル５４は、ターンテーブル５２を矢印５３方向に１２０度回転することにより、再びウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられる。

ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられた研削済みのウエーハに対し洗浄水噴射ノズル７６から洗浄水を噴射し、図示を省略したブラシを回転することにより研削されたウエーハの研削面を清掃する。

清掃が終了したウエーハは、チャックテーブル５４に保持されているウエーハ１１の吸引保持が解除されてから、ウエーハ搬出手段（アンローディングアーム）７２の吸着パッドで吸着されて、ウエーハ搬出手段７２を旋回することによりスピンナ洗浄手段７４に搬送される。

スピンナ洗浄手段７４では、ウエーハが洗浄されるとともにスピン乾燥される。スピン乾燥の終了したウエーハは、ウエーハ搬送ロボット６０のハンド６４に吸着されて第２のカセット５８に搬送され、第２のカセット５８内に収容される。

上述した本実施形態のウエーハの研削方法によると、粗研削ユニット１２及び仕上げ研削ユニット１４を備えた研削装置２において、粗研削ユニット１２の研削ホイール２４に同心円状に配列された二組の研削砥石８０，８２を固着したので、粗研削ユニット１２の研削速度を速めることができ、仕上げ研削ユニット１４による仕上げ研削に要する時間に近づけることができ、仕上げ研削ユニット１４の遊び時間の短縮化を図ることができる。

上述した実施形態では、粗研削ユニット１２の研削ホイール２４が一組の研削砥石のみを有する場合、粗研削に要する時間が仕上げ研削ユニット１４による仕上げ研削に要する時間よりも長いと仮定した場合であり、これとは逆に仕上げ研削ユニット１４による仕上げ研削に要する時間が粗研削に要する時間よりも長い場合には、仕上げ研削ユニット１４に二組の砥石を配設させることにより、粗研削ユニット１２の遊び時間の短縮化を図ることができる。

半導体ウエーハの表面側斜視図である。 保護テープが表面に貼着された半導体ウエーハの裏面側斜視図である。 研削装置の外観斜視図である。 図４（Ａ）は本発明実施形態の研削ホイールの斜視図、図４（Ｂ）はその縦断面図である。 チャックテーブルの縦断面図である。 研削加工時の研削砥石のチャックテーブルに保持されたウエーハとの位置関係を示す斜視図である。 図７（Ａ）はチャックテーブルに保持されたウエーハと第１の研削砥石及び第２の研削砥石との位置関係を示す模式的平面図であり、図７（Ｂ）はウエーハに形成された研削条痕を示す図である。

符号の説明

２ 研削装置
１１ 半導体ウエーハ
１２ 粗研削ユニット
１４ 仕上げ研削ユニット
２４ 研削ホイール
５２ ターンテーブル
５４ チャックテーブル
８０ 第１の研削砥石
８２ 第２の研削砥石
１０２ 第１の研削砥石の研削領域
１０４ 第２の研削砥石の研削領域

Claims (3)

1. 粗研削ユニットと仕上げ研削ユニットとを有する研削装置を用いてウエーハを研削するウエーハの研削方法であって、
   ホイール基台と、該ホイール基台の自由端面に環状に配列された第１の研削砥石と、該第１の研削砥石の半径方向内側で該第１の研削砥石と半径方向の間隔が研削すべきウエーハの半径よりも短い間隔を有し、該第１の研削砥石と同心円状に配列された第２の研削砥石とを含む該粗研削ユニットの研削ホイールを準備する研削ホイール準備工程と、
   チャックテーブルに保持されたウエーハの回転中心を該第１の研削砥石が通過するように該研削ホイールを位置付ける研削ホイール位置付け工程と、
   該研削ホイール位置付け工程実施後、該チャックテーブルを回転するとともに該研削ホイールを回転させて、該第１の研削砥石と該第２の研削砥石とによってウエーハを粗研削する粗研削工程と、
   該粗研削工程実施後、該仕上げ研削ユニットによりウエーハを仕上げ研削する仕上げ研削工程と、を含み、
   該粗研削ユニットによる研削速度を速めて該仕上げ研削ユニットの遊び時間の短縮化を図るようにしたことを特徴とするウエーハの研削方法。
2. 該チャックテーブルの保持面は回転中心を頂点とした僅かな円錐形状に形成されており、
   該研削ホイールの該第１及び第２の研削砥石は該円錐形保持面と平行に位置付けられる請求項１記載のウエーハの研削方法。
3. 該チャックテーブルは、該第２の研削砥石の研削領域から該第１の研削砥石の研削領域に向かう方向に回転される請求項２記載のウエーハの研削方法。

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