JP5877663B2 - ウエーハの研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハの表面に形成された各デバイスがバンプと呼ばれる突起状の複数の電極を有するウエーハの裏面を研削して均一に薄化するウエーハの研削方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、シリコンや化合物半導体からなるウエーハ表面にストリートと呼ばれる格子状の分割予定ラインが形成され、分割予定ラインによって区画される各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成される。これらのウエーハは裏面が研削されて所定の厚みへと薄化された後、ストリートに沿って切削装置等によって分割されることで個々の半導体デバイスが製造される。

ウエーハの裏面研削には、例えば特開２００２−２００５４５号公報で開示されるような研削装置が用いられる。研削装置のチャックテーブルでウエーハの表面側を保護テープを介して保持し、ウエーハの裏面に研削砥石を当接しつつ摺動させ、研削砥石を研削送りすることで研削が遂行される。

近年、半導体デバイスの軽薄短小化を実現するための技術として、デバイス表面にバンプと呼ばれる金属突起物を複数形成し、これらのバンプを配線基板に形成された電極に相対させて直接接合するフリップチップボンディングと呼ばれる実装技術が実用化されている（例えば、特開２００１−７１３５号公報参照）。

特開２００２−２００５４５号公報 特開２００１−７１３５号公報 特許第３１２１８８６号公報 特開昭６２−４３４１号公報 特開２００４−３１９６９７号公報

通常、ウエーハの裏面を研削して薄化する際、デバイスの形成されたウエーハの表面側をチャックで吸引保持する。しかし、各デバイスが複数のバンプを有するウエーハは凹凸があるため吸引保持が難しい。

その対策として、バンプが埋没するような厚い粘着材層を有する保護テープをウエーハの表面に貼着してバンプの凹凸を吸収し、吸引保持が可能な程度の平らな面を形成してウエーハの裏面を研削している。

ところが、通常ウエーハの外周領域にはデバイスが形成されないため、バンプもウエーハの外周領域には形成されない。そのため、表面に複数のバンプが形成されたウエーハを研削するためにチャックテーブルで保持すると、バンプが形成されていないウエーハの外周領域に貼着された保護テープは、外側に向かってなだらかな傾斜が形成されてしまう。そのため、保護テープの上面は均一な平坦面ではなくなり、ウエーハの裏面研削時のウエーハの吸引保持が不安定になり、研削に困難が生じる。

更に、研削装置で使用されるチャックテーブルは、ウエーハより一回り小さい直径の吸引部とその外周の環状バリア部とを有するチャックテーブルが一般的であり、ウエーハで吸引部を塞ぐように載置して吸引すると、リークすることなくウエーハを吸引保持できるように構成されている（特許文献３参照）。

ところが、特許文献４に開示されたような先ダイシング方法を実施する場合、ウエーハの強力な吸引保持が必要であるためウエーハのバリア部が重なる範囲が狭くなるようなチャックテーブルを使用する。

そうしたチャックテーブルでは、ウエーハの表面に貼着した保護テープが周辺部まで平坦であることが前提となっているため、バンプを有するウエーハではチャックテーブルでの吸引保持が困難となり、一般的な研削方法で使用するのと同じチャックテーブルが使用できなくなるという問題が発生する。

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、表面に複数のバンプが形成されたウエーハでも裏面研削の際に裏面に貼着された保護テープを確実に吸引保持して、ウエーハの裏面の平坦化を可能とするウエーハの研削方法を提供することである。

本発明によると、複数のバンプが形成されたバンプ形成領域と該バンプ形成領域を囲繞する外周バンプ未形成領域とを表面に有するウエーハの裏面を研削する研削方法であって、基材フィルムの上面に粘着材層が該バンプの高さより厚く形成された保護テープを、該バンプが該粘着材層に埋没するようにウエーハの表面に貼着する保護テープ貼着工程と、該保護テープが貼着されたウエーハの裏面をバイト切削装置のチャックテーブルで保持する第１保持工程と、ウエーハの表面に貼着された該保護テープの該基材フィルムの表面全面を該粘着材層に至らない位置までバイト工具で切削し、該バンプが該粘着材層に埋没した状態で該バンプ形成領域に対応する該保護テープの表面と該外周バンプ未形成領域に対応する該保護テープの表面とを平坦化して同じ高さにする保護テープ切削工程と、該保護テープ切削工程実施後、該保護テープが貼着されたウエーハの表面を該保護テープを介して研削装置のチャックテーブルで保持する第２保持工程と、研削装置の該チャックテーブルで保持されたウエーハの裏面を研削手段により研削してウエーハを所定の厚さに薄化する裏面研削工程と、を具備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。

本発明の研削方法によると、バンプが粘着材層に埋没するように保護テープをウエーハの表面に貼着後、高速回転するバイト工具で保護テープの基材フィルムを切削して、保護テープの表面全面を平坦化するため、ウエーハの裏面を研削する際に平坦になった保護テープをチャックテーブルで問題なく吸引保持することが可能となり、ウエーハの裏面を研削により一様に平坦化することができる。

また、先ダイシング法で広く用いられる環状バリア部が狭いチャックテーブルでも、バンプを有するウエーハの強力な吸引保持が可能となり、一般的な研削方法で使用するのと共通のチャックテーブルを用いることができるため、工数の削減やチャックテーブル購入のコスト削減を期待できる。

表面に複数のバンプが形成された半導体ウエーハの斜視図である。 図２（Ａ）は半導体ウエーハの表面に保護テープを貼着する様子を示す斜視図、図２（Ｂ）は表面に保護テープが貼着された半導体ウエーハの斜視図である。 図３（Ａ）は表面に複数のバンプを有する半導体ウエーハの表面に保護テープを貼着する様子を示す断面図、図３（Ｂ）は粘着材層にバンプが埋没するように半導体ウエーハの表面に保護テープが貼着された状態の断面図である。 バイト切削装置の斜視図である。 バイト工具で保護テープの基材フィルムを切削している様子を示す一部断面側面図である。 図６（Ａ）は切削工程前の半導体ウエーハ及び半導体ウエーハの表面に貼着された保護テープの断面図、図６（Ｂ）は切削工程後の断面図である。 研削装置の斜視図である。 裏面研削工程を示す一部断面側面図である。 図９（Ａ）は裏面研削工程前の断面図、図９（Ｂ）は裏面研削工程後の断面図、図９（Ｃ）は保護テープ剥離後の半導体ウエーハの断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、半導体ウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。半導体ウエーハ１１の表面１１ａには、格子状に形成された複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されており、各デバイス１５にはデバイスの電極に接続する複数のバンプ１７が形成されている。半導体ウエーハ１１は、バンプ１７が形成されたバンプ形成領域１９と、バンプ形成領域１９を囲繞する外周バンプ未形成領域２１をその表面１１ａに有している。

図２及び図３に示されるように、半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂの研削を実施するのに当たり、半導体ウエーハ１１の表面１１ａには、基材フィルム２３ａ上にアクリル系の粘着材層２３ｂが形成された保護テープ２３が貼着される。図３（Ｂ）に示されるように、保護テープ２３の粘着材層２３ｂはバンプ１７を完全に埋没する厚さを有している。

半導体ウエーハ１１の表面１１ａ上に保護テープ２３を貼着すると、ウエーハ１１はその外周部にバンプ未形成領域２１を有しているため、保護テープ２３の基材フィルム２３ａにはその外周部分で外側に向かって低くなる傾斜が形成されてしまう。そこで、本発明のウエーハの研削方法では、まず保護テープ２３の基材フィルム２３ａをバイト切削により平坦化する切削工程を実施する。

図４を参照すると、この切削工程を実施するのに適したバイト切削装置２の斜視図が示されている。４はバイト切削装置２のベース（ハウジング）であり、ベース４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿ってバイト切削ユニット１０が上下方向に移動可能に装着されている。バイト切削ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

バイト切削ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容されたスピンドル２２（図５参照）と、スピンドル２２の先端に固定されたマウント２４と、マウント２４に着脱可能に装着されたバイトホイール２６とを含んでいる。バイトホイール２６には切刃２８ａを有するバイト工具２８が着脱可能に取り付けられている。

バイト切削ユニット１０は、バイト切削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成されるバイト切削ユニット送り機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

ベース４の中間部分にはチャックテーブル３４を有するチャックテーブル機構３２が配設されており、チャックテーブル機構３２は図示しないチャックテーブル移動機構によりＹ軸方向に移動される。３５は蛇腹であり、チャックテーブル機構３２をカバーする。

ベース４の前側部分には、第１のウエーハカセット３６と、第２のウエーハカセット３８と、ウエーハ搬送用ロボット４０と、複数の位置決めピン４４を有する位置決め機構４２と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）４６と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）４８と、スピンナ洗浄ユニット５０が配設されている。

本発明のウエーハの研削方法では、まずバイト切削装置２のチャックテーブル３４で半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂ側を吸引保持し、図５に示されるように、バイト切削ユニット１０のスピンドル２２を約２０００ｒｐｍで回転させつつ、バイトホイール送り機構１８を作動してバイト工具２８の切刃２８ａを保護テープ２３の基材フィルム２３ａに所定深さ切り込ませ、チャックテーブル３４を図５で矢印Ｙ１方向に例えば１ｍｍ／ｓの送り速度で移動させながら、保護テープ２３の基材フィルム２３ａを切削する。この切削加工時には、チャックテーブル３４は回転させずにＹ軸方向に加工送りする。

チャックテーブル３４に吸引保持された半導体ウエーハ１１の左端がバイト工具２８の取付位置を通過すると、保護テープ２３の切削が終了し、図６（Ｂ）に示すように、保護テープ２３の基材フィルム２３ａが粘着材層２３ｂに至らない位置まで切削される。

図６（Ａ）はバイト切削工程前の表面に保護テープ２３が貼着された半導体ウエーハ１１の断面図を示しており、保護テープ２３の粘着材層２３ｂの厚さＡはバンプ１７の高さＢより大きい値に設定されている。これにより、バンプ１７が保護テープ２３の粘着材層２３ｂ中に完全に埋没される。

バイト切削工程を実施すると、図６（Ｂ）に示すように、保護テープ２３の基材フィルム２３ａが粘着材層２３ｂに至らない位置まで切削されて、保護テープ２３の表面が完全に平坦化される。

図６（Ｂ）において、ａは切削する厚さを示しており、基材フィルム２３ａを完全には切削しないため、基材フィルムの厚さｂより切削する厚さａは当然ながら小さい値となっている。

このように保護テープ２３の基材フィルム２３ａを研削して平坦化する切削工程を実施後、図７に示したような研削装置５２を用いて半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する研削工程を実施する。

図７において、５４は研削装置５２のベースであり、ベース５２の後方にはコラム５６が立設されている。コラム５６には、上下方向にのびる一対のガイドレール５８（一本のみ図示）が固定されている。

この一対のガイドレール５８に沿って研削ユニット６０が上下方向に移動可能に装着されている。研削ユニット６０は、そのハウジング７０が一対のガイドレール５８に沿って上下方向に移動される移動基台６２に取り付けられている。

研削ユニット６０は、ハウジング７０と、ハウジング７０中に回転可能に収容されたスピンドル７２（図８参照）と、スピンドル７２の先端に固定されたホイールマウント７４と、ホイールマウント７４に着脱可能に装着された研削ホイール７６と、スピンドル７２を回転駆動するモータ８２とを含んでいる。研削ホイール７６は、環状基台７８と、環状基台７８の下端部外周に固着された複数の研削砥石８０とから構成される。

研削ユニット６０は、研削ユニット６０を一対の案内レール５８に沿って上下方向に移動するボールねじ６４とパルスモータ６６とから構成される研削ユニット送り機構６８を備えている。パルスモータ６６をパルス駆動すると、ボールねじ６４が回転し、移動基台６２が上下方向に移動される。

ベース５４の中間部分にはチャックテーブル機構８３が配設されており、チャックテーブル機構８３は図示しないチャックテーブル移動機構によりＹ軸方向に移動される。８５はチャックテーブル機構８３をカバーする蛇腹である。

チャックテーブル機構８３は回転駆動されるチャックテーブル８４を備えている。チャックテーブル８４は、枠体８４ａと枠体８４ａの上面とその保持面が面一に形成されたポーラスセラミックス等の吸引部８４ｂとから構成される。

図８に示されるように、吸引部８４ｂには、環状バリア部８４ｃが形成されている。この環状バリア部８４ｃはポーラス吸引部８４ｂに比べてそのポーラス度が低いセラミックスから形成されている。よって、環状バリア部８４ｃには吸引作用が発生しない。

ベース５４の前側部分には第１のウエーハカセット８６と、第２のウエーハカセット８８と、ウエーハ搬送ロボット９０と、複数の位置決めピン９４を有する位置決め機構９２と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）９６と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）９８と、スピンナ洗浄ユニット１００が配設されている。

半導体ウエーハ１１の裏面研削を実施するには、図８に示すように、切削工程により平坦に切削された保護テープ２３をチャックテーブル８４で吸引保持し、チャックテーブル８４を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ユニット７６をチャックテーブル８４と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ユニット送り機構６８を駆動して、研削ホイール７６の研削砥石８０を半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。そして、研削ホイール７６を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。

接触式又は非接触式の厚み測定ゲージで半導体ウエーハ１１の厚みを測定しながらウエーハ１１を所望の厚みに仕上げる。図９（Ａ）は裏面研削前の保護テープ２３が貼着された半導体ウエーハ１１の断面図を示している。２５は目標研削ラインである。

図９（Ｂ）は研削工程実施後の保護テープ付半導体ウエーハ１１の断面図、図９（Ｃ）は保護テープ２３剥離後の半導体ウエーハ１１の断面図を示している。

２ バイト切削装置
１０ バイト切削ユニット
１１ 半導体ウエーハ
１７ バンプ
２３ 保護テープ
２３ａ 基材フィルム
２３ｂ 粘着材層
２８ バイト工具
５２ 研削装置
６０ 研削ユニット
７６ 研削ホイール
８０ 研削砥石

Claims (1)

1. 複数のバンプが形成されたバンプ形成領域と該バンプ形成領域を囲繞する外周バンプ未形成領域とを表面に有するウエーハの裏面を研削する研削方法であって、
   基材フィルムの上面に粘着材層が該バンプの高さより厚く形成された保護テープを、該バンプが該粘着材層に埋没するようにウエーハの表面に貼着する保護テープ貼着工程と、
   該保護テープが貼着されたウエーハの裏面をバイト切削装置のチャックテーブルで保持する第１保持工程と、
   ウエーハの表面に貼着された該保護テープの該基材フィルムの表面全面を該粘着材層に至らない位置までバイト工具で切削し、該バンプが該粘着材層に埋没した状態で該バンプ形成領域に対応する該保護テープの表面と該外周バンプ未形成領域に対応する該保護テープの表面とを平坦化して同じ高さにする保護テープ切削工程と、
   該保護テープ切削工程実施後、該保護テープが貼着されたウエーハの表面を該保護テープを介して研削装置のチャックテーブルで保持する第２保持工程と、
   研削装置の該チャックテーブルで保持されたウエーハの裏面を研削手段により研削してウエーハを所定の厚さに薄化する裏面研削工程と、
   を具備したことを特徴とするウエーハの研削方法。

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