JP5912310B2

JP5912310B2 - ウェーハの加工方法

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Publication number: JP5912310B2
Application number: JP2011140162A
Authority: JP
Inventors: 義弘堤
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2031-06-24
Also published as: JP2013008814A

Description

本発明は、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェーハ等、サポートウェーハ上にウェーハを貼り付けた貼り合わせウェーハにおいてウェーハの裏面を研削するウェーハの加工方法に関する。

半導体デバイスの基板構造の一種である上記ＳＯＩウェーハは、シリコン等の半導体ウェーハの底部に絶縁膜を設けたもので、製造方法としては、半導体ウェーハの片面に別のウェーハであるサポートウェーハを直接結合により貼り合わせ、半導体ウェーハ側を研削するといったウェーハ貼り合わせ法が知られている（特許文献１）。

また、一般に半導体デバイス製造工程においては、電子回路を有する多数のデバイスが表面に形成された半導体ウェーハの裏面側を研削して薄く加工してから各デバイスに分割することが行われる。近年では、電子機器の小型化・軽量化に伴い、半導体ウェーハは厚さが例えば１００μｍ以下といったようにきわめて薄く加工される場合がある。このような場合、研削後の薄い半導体ウェーハのハンドリング性を向上させたり、加工時の反りや破損を防止したりする目的で、研削前の半導体ウェーハにサポートウェーハを貼り合わせてウェーハを加工する技術が知られている（特許文献２）。

特開平５−２１７６３号公報特開２００４−１１１４３４号公報

ところで、上記の半導体ウェーハやサポートウェーハといったウェーハにあっては、工程間の移送中などにおいて外周縁が欠けるといったいわゆるチッピングを防ぐために、外周縁に断面が半円弧状となるような面取り加工が施されている。このため、半導体ウェーハにサポートウェーハを貼り付けた貼り合わせウェーハにおいては、双方のウェーハの外周縁の間に空隙が形成されて互いに接着されない未接着領域が生じたものとなる。

この状態で半導体ウェーハを研削して薄化すると、外周縁が内側の本体部分よりも薄くなってナイフエッジの如く鋭利に尖ってしまい、サポートウェーハに接着していないことと相まって外周縁が欠けるといった現象が生じていた。特に上記ＳＯＩウェーハのように直接結合によりウェーハどうしが貼り付けられた貼り合わせウェーハにおいては、接触はしているものの実際には接着されていない未接着領域が大きくなるため、外周縁が欠けやすかった。外周縁が欠けると、本体部分の破損を招き、また、欠けた屑が研削装置内に溜まって排水口を詰まらせ、オーバーフローの発生あるいは頻繁な清掃を余儀なくされるといった問題が生じていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、貼り合わせウェーハのウェーハを研削する際に、ウェーハの外周縁が欠けることを防止することができるウェーハの加工方法を提供することにある。

本発明のウェーハの加工方法は、ウェーハ表面の外周縁を裏面に至らない深さまで切削ブレードで除去するとともに裏面側に残存部を残す外周縁除去ステップと、該外周縁除去ステップを実施した後、ウェーハの表面側をサポートウェーハ上に貼り付けてウェーハの裏面側が露出した貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせウェーハ形成ステップと、該貼り合わせウェーハ形成ステップを実施した後、切削ブレードでウェーハ裏面側から前記残存部を除去する残存部除去ステップと、該残存部除去ステップを実施した後、ウェーハの裏面を研削または研磨して所定厚さへと薄化する薄化ステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、残存部除去ステップを実施することによりウェーハの外周縁は厚さ方向全域にわたって除去され、この後、ウェーハを研削または研磨する薄化ステップを行うため、薄化ステップを行う際には外周縁がないウェーハを研削または研磨することになる。したがって薄化ステップの際にウェーハの外周縁が欠けることが防止される。

本発明で得られるウェーハは、サポートウェーハが貼り合わせられた状態で用いられる場合と、サポートウェーハが剥離されてウェーハのみとなった状態で用いられる場合がある。サポートウェーハが剥離されてウェーハのみとなった状態で用いられる場合には、前記薄化ステップを実施した後、前記ウェーハを前記サポートウェーハから剥離する剥離ステップを備えることにより、ウェーハのみの状態を得ることができる。

本発明によれば、貼り合わせウェーハのウェーハを研削する際に、ウェーハの外周縁が欠けることを防止することができるウェーハの加工方法が提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る加工方法で研削加工が施されるウェーハの（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。同加工方法で用いられるサポートウェーハの（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。同加工方法の外周縁除去ステップを示す側面図である。図３の平面図である。図３のV矢視図である。外周縁除去ステップを実施した後のウェーハの側面図である。一実施形態に係る加工方法の貼り合わせウェーハ形成ステップを示す側面図である。同加工方法の残存部除去ステップを示す側面図である。図８の平面図である。図８のX矢視図である。一実施形態に係る加工方法の薄化ステップを示す側面図である。図１１の平面図である。一実施形態に係る加工方法の剥離ステップを示す側面図である。残存部除去ステップでウェーハの外周縁に残す残存部の別形態を示すウェーハの側面図である。図１４のウェーハに残存部除去ステップを実施している状態を示す側面図である。図１４のウェーハにおいて除去される残存部を示す拡大断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
はじめに、一実施形態の加工方法で加工されるウェーハと、その加工方法で用いるサポートウェーハを説明する。

（１）ウェーハ
図１の（ａ）は一実施形態の加工方法によって裏面研削による薄化加工が施される円板状のウェーハ１０の斜視図であり、（ｂ）はウェーハ１０の断面図である。ウェーハ１０は、シリコンやガリウムヒ素等の半導体材料からなる電子デバイス用の基板ウェーハであって、例えば５００〜７００μｍ程度の厚さを有している。ウェーハ１０の表面１０ａには格子状の分割予定ライン１１が設定されており、この分割予定ライン１１で囲まれた多数の矩形状領域に、ＩＣやＬＳＩ等の電子回路を有するデバイス１２が形成されている。図１（ｂ）に示すように、ウェーハ１０の外周縁１３には、表面１０ａ側から裏面１０ｂ側にわたって断面半円弧状となるように面取り加工が施されている。

（２）サポートウェーハ
図２の（ａ）はサポートウェーハ２０の斜視図であり、（ｂ）はサポートウェーハ２０の側面図である。である。サポートウェーハ２０は、ウェーハ１０と径および厚さが概ね同程度の円板状のウェーハである。サポートウェーハ２０は、ハンドリングが容易な所定の剛性を有する材料から構成され、例えば、ウェーハ１０と同じ半導体材料、あるいはガラス等によって形成されたものが用いられる。図２（ｂ）に示すように、サポートウェーハ２０の外周縁２３には、ウェーハ１０と同様に表面２０ａ側から裏面２０ｂ側にわたって断面半円弧状となるように面取り加工が施されている。

（３）加工方法
次に、一実施形態に係るウェーハ１０の薄化加工の方法を説明する。
はじめに、ウェーハ１０の面取り加工されている外周縁１３を、表面１０ａ側から裏面１０ｂに至らない深さまで除去するとともに、裏面１０ｂ側に外周縁１３の残存部を残す（外周縁除去ステップ）。外周縁除去ステップを実施するには、図３〜図５に示すように、ウェーハ１０を保持する回転可能な円板状の保持テーブル３１と切削手段３５とを備えた切削装置を用いる。

保持テーブル３１は、多孔質材料によってポーラスに形成された水平な保持面３２に、空気吸引による負圧作用によって被加工物を吸着して保持する負圧チャック式のものである。保持面３２はウェーハ１０と同程度の径を有する円形状であり、保持テーブル３１は、保持面３２と同軸で鉛直方向に延びる回転軸３３を中心に図示せぬ回転駆動機構により回転させられる。ウェーハ１０は、裏面１０ｂを保持面３２に合わせ、表面１０ａ側を露出させた状態で保持面３２に同心状に載置され、負圧作用で保持面３２に吸着して保持される。ウェーハ１０は、保持テーブル３１の回転により自転させられる。

切削手段３５は、図示せぬモータによって回転駆動される水平なスピンドルシャフト３６の先端に切削ブレード３７が固定されたもので、スピンドルシャフト３６は、保持テーブル３１の上方に上下動可能に配設されている。また、切削ブレード３７は、図４に示すように、ウェーハ１０の外周縁１３に対しウェーハ１０の接線方向に沿う状態に切り込むように設定されている。なお、図４ではウェーハ１０の表面１０ａに形成されているデバイス１２の図示を省略している。

外周縁除去ステップでは、保持テーブル３１を所定速度で一方向に回転させた状態からスピンドルシャフト３６を下降させ、回転する切削ブレード３７をウェーハ１０の外周縁１３に表面１０ａ側からある程度の深さ（例えば、厚さの１／３程度）切り込ませ、ウェーハ１０を１回転以上自転させることにより、外周縁１３の表面１０ａ側を全周にわたって環状に切削する。外周縁１３の表面１０ａ側を全周にわたって環状に切削するには、保持テーブル３１が停止状態で、先にスピンドルシャフト３６を下降させて回転する切削ブレード３７をウェーハ１０の外周縁１３に切り込ませてから保持テーブル３１を回転させるという手順を採ってもよい。

なお、図４および図５の矢印Ｃは保持テーブル３１の回転方向すなわちウェーハ１０の自転方向を示しており、切削ブレード３７の回転方向は、図５の矢印Ａで示すように、ウェーハ１０の自転方向に対して順方向となるダウンカットの方向が望ましい。しかしながらダウンカットとは逆方向、すなわちウェーハ１０の自転方向に対向するアップカットの方向であってもよい。

外周縁除去ステップが実施されたウェーハ１０は、図６に示すように、外周縁１３の裏面１０ｂ側に環状の残存部１４が残る。切削ブレード３７の回転軸線が水平であるため、切削ブレード３７による切削面は内隅が直角となる段差状になっており、水平な切削面１４ａの下側が残存部１４である。

外周縁除去ステップを終了したら、ウェーハ１０を保持テーブル３１から搬出し、次いで図７に示すように、ウェーハ１０の表面１０ａ側を上記サポートウェーハ２０上に同心状に貼り付けて、ウェーハ１０の裏面１０ｂ側が露出した貼り合わせウェーハ１を形成する（貼り合わせウェーハ形成ステップ）。

サポートウェーハ２０上にウェーハ１０を貼り付けるにあたっては、ワックスや、ＵＶ硬化型あるいは熱硬化型の接着剤を用いてもよいが、前述の直接結合の方法を採用してもよい。この直接結合は、無塵状態で接着面どうしを直接結合させ、結合強度を強化するために所定温度で熱処理を施すといった方法で実施される。

次に、貼り合わせウェーハ形成ステップを実施した後、切削ブレードでウェーハ１０の裏面１０ｂ側から残存部１４を除去する（残存部除去ステップ）。残存部除去ステップを実施するには、外周縁除去ステップで用いた切削装置を用いる。

すなわち図８〜図１０に示すように、保持テーブル３１の保持面３２にサポートウェーハ２０側を載置して貼り合わせウェーハ１を吸着して保持し、ウェーハ１０の裏面１０ａ側を露出させる。そして、回転させた切削手段３５の切削ブレード３７を残存部１４の上側に切り込ませながら保持テーブル３１を回転させ、残存部１４を切削して除去する。この場合のウェーハ１０に対する切削ブレード３７の回転方向は、図１０の矢印Ｂで示すようにウェーハ１０の自転方向Ｃに対向するアップカットの方向が望ましいが、ダウンカットであってもよい。

残存部除去ステップを終了したら、残存部１４が除去された貼り合わせウェーハ１を切削装置の保持テーブル３１から搬出し、図１１に示す研削装置を用いて、ウェーハ１０の裏面１０ｂを研削して所定厚さへと薄化する（薄化ステップ）。

研削装置は、ウェーハ１０を保持する回転可能な保持テーブル４１と研削手段４５とを備えている。保持テーブル４１は上記切削装置の保持テーブル３１と同様の構成であり、多孔質材料によってポーラスに形成された水平な保持面４２に空気吸引による負圧作用によって被加工物を吸着して保持する負圧チャック式のもので、回転軸４３を中心に図示せぬ回転駆動機構により回転させられる。

研削手段４５は、鉛直方向に延び、図示せぬモータによって回転駆動されるスピンドルシャフト４６の先端のフランジ４７の下面に、多数の砥石４８ｂを有する円板状の研削工具４８が固定されたもので、スピンドルシャフト４６は、保持テーブル４１の上方に上下動可能に配設されている。

研削工具４８は、フランジ４７に着脱可能の固定される円盤状の研削ホイール４８ａの下面の外周部に、多数の砥石４８ｂが環状に配列されて固着されたものである。砥石４８ｂはウェーハ１０の材質に応じたものが用いられ、例えば、ダイヤモンドの砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めて成形したダイヤモンド砥石等が用いられる。研削工具４８は、スピンドルシャフト４６と一体に回転駆動される。

薄化ステップでは、貼り合わせウェーハ１のサポートウェーハ２０側を保持テーブル４１の保持面４２に合わせ、ウェーハ１０の裏面１０ｂを上方に露出させた状態として、貼り合わせウェーハ１を保持面４２に同心状に載置するとともに、負圧作用で保持面４２に吸着して保持する。そして、保持テーブル４１を所定速度で一方向に回転させた状態からスピンドルシャフト５２を下降させ、回転する研削工具４８の砥石４８ｂをウェーハ１０の裏面１０ｂに所定荷重で押し付けて、ウェーハ１０の裏面１０ｂを研削する。この場合、図１２に示すように研削工具４８による研削外径（砥石４８ｂの回転軌跡の最外径）は、ウェーハ１０の直径と同程度か、あるいはやや大きいものとされ、研削手段４５による加工位置は、砥石４８ｂの下面である刃先が、自転するウェーハ１０の回転中心を通過する位置に設定される。保持テーブル４１の回転によりウェーハ１０を自転させながら研削工具４８の砥石４８ｂをウェーハ１０の裏面１０ｂに押し付けることにより、裏面１０ｂの全面が研削される。

裏面１０ｂが研削されてウェーハ１０が目的厚さまで薄化されたら、薄化ステップを終え、貼り合わせウェーハ１を保持テーブル４１から搬出する。そして、図１３に示すように薄化後のウェーハ１０からサポートウェーハ２０を剥離する（剥離ステップ）。これにより、目的厚さのウェーハ１０を得る。なお、上記薄化ステップではウェーハ１０の裏面１０ｂを研削するのみとしているが、必要に応じて研削後に裏面１０ｂを研磨する場合がある。研磨を含む場合には、研磨後にサポートウェーハ２０を剥離する。

（４）一実施形態の作用効果
上記実施形態によれば、ウェーハ１０の表面１０ａ側から外周縁１３の厚さの一部を除去して裏面１０ｂ側に残存部１４を残す外周縁除去ステップを実施した後、ウェーハ１０の表面１０ａ側をサポートウェーハ２０上に貼り付ける貼り合わせウェーハ形成ステップを行い、この後、ウェーハ１０の裏面１０ａ側から残存部１４を除去する残存部除去ステップを行うことにより、面取り加工されていたウェーハ１０の外周縁１３を厚さ方向全域にわたって確実に、かつ、サポートウェーハ２０を損傷させることなく除去することができる。

そして、このように外周縁１３を除去することより、外周縁１３がサポートウェーハ２０に接着していない未接着領域が生じないこととなる。したがってウェーハ１０の裏面１０ｂを研削する薄化ステップにおいては面取り加工された外周縁１３がないウェーハ１０を研削することになり、その結果、薄化ステップの際にウェーハ１０の外周縁１３が欠けることが防止される。

（５）他の実施形態について
なお、上記実施形態の外周縁除去ステップにおいては、切削手段の切削ブレード３７によってウェーハ１０の外周縁１３の表面１０ａ側を除去しているが、除去するには切削ブレード３７での切削以外の、例えばエッチング、研削ホイールやカップホイール等による研削といった手法を採用してもよい。

また、上記実施形態では、外周縁除去ステップで外周縁１３に残す残存部１４は内隅が直角となる段差状に形成されているが、図１４に示すように、表面１０ａ側から外周方向に向かうにしたがって裏面１０ｂ側に近付くような傾斜面１５ａが形成されるように外周縁１３を削除し、この傾斜面１５ａの下方部分を残存部１５とする形態であってもよい。

この場合、図１５に示すように傾斜面１５ａに連なる表面１０ａがサポートウェーハ２０に貼り付けられて貼り合わせウェーハ１が構成され、残存部除去ステップでは切削手段の切削ブレード３７により残存部１５が裏面１０ｂ側から切削除去される。残存部１５を切削するにあたっては、図１６に示すように切削ブレード３７の刃先がサポートウェーハ２０に接触しない範囲で残存部１５がなるべく多く除去されるように残存部１５の除去領域が制御される。

１…貼り合わせウェーハ
１０…ウェーハ
１０ａ…ウェーハの表面
１０ｂ…ウェーハの裏面
１３…外周縁
１４…残存部
２０…サポートウェーハ
３７…切削ブレード

Claims

ウェーハの加工方法であって、
ウェーハ表面の外周縁を裏面に至らない深さまで切削ブレードで除去するとともに裏面側に残存部を残す外周縁除去ステップと、
該外周縁除去ステップを実施した後、ウェーハの表面側をサポートウェーハ上に貼り付けてウェーハの裏面側が露出した貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせウェーハ形成ステップと、
該貼り合わせウェーハ形成ステップを実施した後、切削ブレードでウェーハ裏面側から前記残存部を除去する残存部除去ステップと、
該残存部除去ステップを実施した後、ウェーハの裏面を研削または研磨して所定厚さへと薄化する薄化ステップと、
を備えることを特徴とするウェーハの加工方法。
前記薄化ステップを実施した後、前記ウェーハを前記サポートウェーハから剥離する剥離ステップを備えることを特徴とする請求項１に記載のウェーハの加工方法。