JP6125357B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表面に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備えたウエーハの加工方法に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にIC、LSI等のデバイスを形成する。このように構成された半導体ウエーハは、裏面が研削されて所定の厚みに形成された後、分割予定ラインに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。
また、デバイスの電極端子から基板の裏面に至る貫通孔(ビアホール)を形成し、該貫通孔に電極を埋設して基板の裏面に電極を露出させ、露出した電極にバンプ電極を結合して配線基板の電極に直接ボンディングできるデバイスも実用化されている。このようにデバイスが複数形成されたウエーハはTSVウエーハと呼ばれている。このTSVウエーハにおいては、ウエーハの裏面を研削して所定の厚みに形成した後、エッチング加工、絶縁膜被覆加工等の加工が施されるため、デバイスを損傷させないとともに次工程に研削屑を持ち込まないようにウエーハの表面にガラス板等の剛性の高いサブストレートに貼着される。そして、ウエーハの裏面を研削した後にウエーハとともにサブストレートを洗浄して、研削屑を次工程に持ち込まないようにしている(例えば、特許文献1参照)。
特開2011−243901号公報
而して、ウエーハの表面に貼着するガラス板等の剛性の高いサブストレートは比較的高価であり、生産コストを増大させる要因となっている。
一方、ウエーハの表面に貼着する保護部材として比較的安価な合成樹脂シートからなる保護テープも使用されているが、ウエーハを研削する際に付着した研削屑は洗浄しても保護テープから十分除去することができず、研削屑を次工程に持ち込んでしまうという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ウエーハの表面に貼着する保護部材として保護テープを用いても、ウエーハを研削する際に保護テープに付着した研削屑を確実に除去することができるウエーハの加工方法を提供することである。
上記主たる技術的課題を解決するため、本発明によれば、表面に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備えたウエーハの加工方法であって、
ウエーハの表面に保護テープの表面を貼着する保護テープ貼着工程と、
該保護テープ貼着工程が実施されたウエーハの裏面を研削して所定の厚みに形成する裏面研削工程と、
該裏面研削工程が実施されたウエーハの裏面を洗浄する洗浄工程と、
該洗浄工程が実施されたウエーハの表面に貼着された該保護テープの裏面を、該保護テープの裏面に対して平行に移動するバイトによって旋削し、該裏面研削工程において該保護テープの裏面に付着した研削屑を除去する研削屑除去工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
上記ウエーハは、デバイスに接続する電極が裏面に露出されているTSVウエーハである。
また、上記保護テープは、ポリイミド樹脂シートによって形成されていることが望ましい。
更に、上記裏面研削工程は、デバイス領域に対応する領域を研削して円形状の凹部に形成するとともに、外周余剰領域に対応する領域を残存して環状の補強部に形成する。
本発明によるウエーハの加工方法においては、ウエーハの表面に保護テープの表面を貼着してウエーハの裏面を研削することにより所定の厚みに形成し、研削されたウエーハの裏面を洗浄した後に、ウエーハの表面に貼着された保護テープの裏面を、保護テープの裏面に対して平行に移動するバイトによって旋削し、ウエーハの裏面を研削する際に保護テープの裏面に付着した研削屑を除去する研削屑除去工程を実施するので、保護テープの裏面に付着した研削屑を確実に除去することができ、エッチング加工や絶縁膜被覆加工等の次工程に研削屑を持ち込むことがない。
本発明によるウエーハの加工方法によって加工されるウエーハとしてのTSVウエーハの表面側斜視図および裏面側斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における保護テープ貼着工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における裏面研削工程の第1の実施形態を示す説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における裏面研削工程の第2の実施形態を示す説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における洗浄工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における研削屑除去工程を実施するための旋削装置の要部斜視図。 図6に示す旋削装置に装備されるチャックテーブルの他の実施形態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における研削屑除去工程の説明図。
以下、本発明によるウエーハの加工方法について添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図1の(a)および(b)には、本発明に従って加工されるウエーハとしてのTSVウエーハの表面側斜視図および裏面側斜視図が示されている。図1の(a)および(b)に示すTSVウエーハ2は、厚みが例えば600μmのシリコンウエーハからなっており、表面2aに複数の分割予定ライン21が格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ライン21によって区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイス22が形成されている。このように構成されたTSVウエーハ2は、デバイス22が形成されているデバイス領域23と、該デバイス領域23を囲繞する外周余剰領域24を備えている。そして、TSVウエーハ2の裏面2bには、各デバイス22に接続する電極25が露出されている。以下、このTSVウエーハ2の加工方法について説明する。
本発明によるウエーハの加工方法においては、先ず上述したTSVウエーハ2の表面2aに形成されたデバイス22を保護するために、図2の(a)および(b)に示すようにTSVウエーハ2の表面2aに保護テープ3の表面3aを貼着する(保護テープ貼着工程)。従って、TSVウエーハ2の表面2aに貼着された保護テープ3は、裏面3bが露出された状態となる。この保護テープ3は、耐熱的特性、機械的特性、耐化学的特性に優れたポリイミド樹脂シートによって形成されている。なお、保護テープ3の厚みは、図示の実施形態においては100μmに設定されている。
上述した保護テープ貼着工程を実施したならば、TSVウエーハ2の裏面を研削して所定の厚みに形成する裏面研削工程を実施する。この裏面研削工程の第1の実施形態は、図3の(a)および(b)に示す研削装置を用いて実施する。図3の(a)および(b)に示す研削装置4は、被加工物を保持するチャックテーブル41と、該チャックテーブル41に保持された被加工物を研削する研削手段42を具備している。チャックテーブル41は、保持面である上面に被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない回転駆動機構によって図3の(a)および(b)において矢印41aで示す方向に回転せしめられる。研削手段42は、スピンドルハウジング421と、該スピンドルハウジング421に回転自在に支持され図示しない回転駆動機構によって回転せしめられる回転スピンドル422と、該回転スピンドル422の下端に装着されたマウンター423と、該マウンター423の下面に取り付けられた研削ホイール424とを具備している。この研削ホイール424は、円環状の基台425と、該基台425の下面に環状に装着された研削砥石426とからなっており、基台425がマウンター423の下面に締結ボルト427によって取り付けられている。
上述した研削装置4を用いて上記裏面研削工程を実施するには、図3の(a)および(b)に示すようにチャックテーブル41の上面(保持面)に上記保護テープ貼着工程が実施されたTSVウエーハ2の表面に貼着された保護テープ3の裏面3b側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することによってチャックテーブル41上にTSVウエーハ2を保護テープ3を介して吸着保持する(ウエーハ保持工程)。従って、チャックテーブル41上に保持されたTSVウエーハ2は、裏面2bが上側となる。このようにチャックテーブル41上にTSVウエーハ2を保護テープ3を介して吸引保持したならば、チャックテーブル41を図3において矢印41aで示す方向に例えば300rpmで回転しつつ、研削手段42の研削ホイール424を図3の(a)および(b)において矢印424aで示す方向に例えば6000rpmで回転せしめて、図3の(a)および(b)に示すように研削砥石426を被加工面であるTSVウエーハ2の裏面2bに接触せしめ、研削ホイール424を図3の(a)および(b)において矢印424bで示すように例えば1μm/秒の研削送り速度で下方(チャックテーブル41の保持面に対し垂直な方向)に所定量研削送りする(裏面研削工程)。なお、裏面研削工程を実施する際には、研削ホイール424の研削砥石426による研削部に研削水が供給される。この結果、TSVウエーハ2の裏面2bが研削されてTSVウエーハ2は所定の厚み(例えば50μm)に形成される。なお、上記裏面研削工程を実施することにより、TSVウエーハ2の裏面2bに研削屑が付着するとともに、研削屑が洗浄水に混じってTSVウエーハ2の表面に貼着された保護テープ3の裏面3b側に回り込み、保護テープ3の裏面3bに研削屑が付着する。
次に、裏面研削工程の第2の実施形態について、図4を参照して説明する。
裏面研削工程の第2の実施形態は、図4の(a)
に示す研削装置によって実施する。図4の(a)に示す研削装置5は、被加工物を保持するチャックテーブル51と、該チャックテーブル51に保持された被加工物を研削する研削手段52を具備している。チャックテーブル51は、上面に被加工物を吸引保持し図4の(a)において矢印51aで示す方向に回転せしめられる。研削手段52は、スピンドルハウジング521と、該スピンドルハウジング521に回転自在に支持され図示しない回転駆動機構によって回転せしめられる回転スピンドル522と、該回転スピンドル522の下端に装着されたマウンター523と、該マウンター523の下面に取り付けられた研削ホイール524とを具備している。この研削ホイール524は、円板状の基台525と、該基台525の下面に環状に装着された研削砥石526とからなっており、基台525がマウンター523の下面に取り付けられている。
上述した研削装置5を用いて裏面研削工程を実施するには、図4の(a)に示すようにチャックテーブル51の上面(保持面)に上記保護テープ貼着工程が実施されたTSVウエーハ2の表面に貼着された保護テープ3の裏面3b側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することによってチャックテーブル51上にTSVウエーハ2を保護テープ3を介して吸着保持する(ウエーハ保持工程)。従って、チャックテーブル51上に保持されたTSVウエーハ2は、裏面2bが上側となる。ここで、チャックテーブル51に保持されたTSVウエーハ2と研削ホイール524を構成する環状の研削砥石526の関係について、図4の(b)を参照して説明する。チャックテーブル51の回転中心P1と環状の研削砥石526の回転中心P2は偏芯しており、環状の研削砥石526の外径は、TSVウエーハ2のデバイス領域23と外周余剰領域24との境界線25の直径より小さく境界線25の半径より大きい寸法に設定され、環状の研削砥石526がチャックテーブル51の回転中心P1(TSVウエーハ2の中心)を通過するようになっている。
次に、図4の(a)および図4の(b)に示すようにチャックテーブル51を矢印51aで示す方向に300rpmで回転しつつ、研削ホイール524を矢印524aで示す方向に6000rpmで回転せしめるとともに、研削ホイール524を下方に移動して研削砥石526をTSVウエーハ2の裏面に接触させる。そして、研削ホイール524を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。なお、裏面研削工程を実施する際には、研削ホイール524の研削砥石526による研削部に研削水が供給される。この結果、TSVウエーハ2の裏面には、図4の(c)に示すようにデバイス領域23に対応する領域が研削除去されて所定厚さ(例えば30μm)の円形状の凹部23bに形成されるとともに、外周余剰領域24に対応する領域が図示の実施形態においては厚さ600μm残存されて環状の補強部24bに形成される(裏面研削工程)。このように、デバイス領域23に対応する領域を研削するとともに外周余剰領域24に対応する領域を残存させて環状の補強部24bを形成することにより、デバイス領域23に対応する領域を薄く形成してもTSVウエーハ2の剛性を確保することができる。なお、裏面研削工程の第2の実施形態においても上記第1の実施形態と同様に、TSVウエーハ2の裏面2bに研削屑が付着するとともに、研削屑が洗浄水に混じってTSVウエーハ2の表面に貼着された保護テープ3の裏面3b側に回り込み、保護テープ3の裏面3bに研削屑が付着する。
上述した裏面研削工程を実施したならば、TSVウエーハ2の被研削面である裏面を洗浄する洗浄工程を実施する。この洗浄工程は、図5に示す洗浄装置を用いて実施する。図5に示す洗浄装置6は、被加工物を保持するチャックテーブル61と、該チャックテーブル61に保持された被加工物に洗浄水を噴射する洗浄水噴射ノズル62を具備している。チャックテーブル61は、保持面である上面に被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない回転駆動機構によって図5において矢印61aで示す方向に回転せしめられる。洗浄水噴射ノズル62は、図示しない洗浄水供給手段に接続されており、チャックテーブル61の回転中心から半径方向に移動可能に構成されている。
上述した洗浄装置6を用いて上記洗浄工程を実施するには、図5に示すようにチャックテーブル61の上面(保持面)に上記裏面研削工程が実施されたTSVウエーハ2の表面に貼着された保護テープ3の裏面3b側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することによってチャックテーブル61上にTSVウエーハ2を保護テープ3を介して吸着保持する(ウエーハ保持工程)。従って、チャックテーブル61上に保持されたTSVウエーハ2は、上記裏面研削工程において研削加工された裏面2bが上側となる。このようにチャックテーブル61上にTSVウエーハ2を保護テープ3を介して吸引保持したならば、チャックテーブル61を図5において矢印61aで示す方向に例えば3000rpmで回転し、洗浄水噴射ノズル62から洗浄水を供給しつつ洗浄水噴射ノズル62をTSVウエーハ2の中心から外周まで往復動させる。この結果、上記裏面研削工程においてTSVウエーハ2の裏面2bに付着した研削屑が洗浄され除去される。しかるに、上述したように裏面研削工程において研削屑が洗浄水に混じってTSVウエーハ2の表面に貼着された保護テープ3の裏面3b側に回り込み、保護テープ3の裏面3bに付着した研削屑を確実に除去することができず、保護テープ3の裏面3bには付着した研削屑が残留する。
上述した洗浄工程を実施したならば、TSVウエーハ2の表面2aに貼着された保護テープ3の裏面3bを、保護テープ3の裏面3bに対して平行に移動するバイトによって旋削し、上記裏面研削工程において保護テープ3の裏面3bに付着した研削屑を除去する研削屑除去工程を実施する。この研削屑除去工程は、図6に示す旋削装置によって実施する。図6に示す旋削装置7は、全体を番号70で示す装置ハウジングを具備している。装置ハウジング70は、細長く延在する直方体形状の主部71と、該主部71の後端部(図6において右上端)に設けられ実質上鉛直に上方に延びる直立壁72とを有している。直立壁72の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール721、721が設けられている。この一対の案内レール721、721に旋削手段としての旋削ユニット8が上下方向に移動可能に装着されている。
旋削ユニット8は、移動基台81と該移動基台81に装着されたスピンドルユニット82を具備している。移動基台81は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部811、811が設けられており、この一対の脚部811、811に上記一対の案内レール721、721と摺動可能に係合する被案内溝812、812が形成されている。このように直立壁72に設けられた一対の案内レール721、721に摺動可能に装着された移動基台81の前面には支持部材813が装着され、この支持部材813にスピンドルユニット82が取り付けられる。
スピンドルユニット82は、支持部材813に装着されたスピンドルハウジング821と、該スピンドルハウジング821に回転自在に配設された回転スピンドル822と、該回転スピンドル822を回転駆動するための駆動源としてのサーボモータ823とを具備している。回転スピンドル822の下端部はスピンドルハウジング821の下端を越えて下方に突出せしめられており、その下端には円板形状のバイト工具装着部材824が設けられている。なお、バイト工具装着部材824には、バイト工具83が着脱可能に装着される。
バイト工具装着部材824には、回転軸芯から偏芯した外周部の一部に上下方向に貫通するバイト取り付け穴824aが設けられているとともに、このバイト取り付け穴824aと対応する外周面からバイト取り付け穴824aに達する雌ネジ穴824bが設けられている。このように構成されたバイト工具装着部材824のバイト取り付け穴824aにバイト工具83を挿入し、雌ネジ穴824bに締め付けボルト830を螺合して締め付けることにより、バイト工具83はバイト工具装着部材824に着脱可能に装着される。なお、バイト工具83は、図示の実施形態においては超鋼合金等の工具鋼によって棒状に形成されたバイト本体の先端部にダイヤモンド等で形成された切削刃を形成したものが用いられている。このように構成された工具装着部材824に装着されているバイト工具83は、上記回転スピンドル822が回転することにより、後述するチャックテーブルの被加工物を保持する保持面と平行な面内で回転せしめられる。
図示の実施形態における旋削装置7は、上記旋削ユニット8を上記一対の案内レール721、721に沿って上下方向(後述するチャックテーブルの保持面と垂直な方向)に移動せしめる旋削ユニット送り機構9を備えている。この旋削ユニット送り機構9は、直立壁72の前側に配設され上下方向に延びる雄ネジロッド91を具備している。この雄ネジロッド91は、その上端部および下端部が直立壁72に取り付けられた軸受部材92および93によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材92には雄ネジロッド91を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ94が配設されており、このパルスモータ94の出力軸が雄ネジロッド91に伝動連結されている。移動基台81の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部(図示していない)も形成されており、この連結部には上下方向に延びる貫通雌ネジ穴が形成されており、この雌ネジ穴に上記雄ネジロッド91が螺合せしめられている。従って、パルスモータ94が正転すると移動基台81および移動基台81に装着された旋削ユニット8が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ94が逆転すると移動基台81および移動基台81に装着された旋削ユニット8が上昇即ち後退せしめられる。
装置ハウジング70の主部71の後半部上には略矩形状の加工作業部711が形成されており、この加工作業部711にはチャックテーブル10が配設されている。このチャックテーブル10は、ステンレス鋼等の金属材によって円柱状に形成されたチャックテーブル本体101と、該チャックテーブル本体101の上面に配設された吸着チャック102とからなっている。吸着チャック102は多孔質セラミッックスの如き適宜の多孔性材料から構成されており、図示しない吸引手段に連通されている。従って、吸着チャック102を図示しない吸引手段に選択的に連通することにより、上面である保持面上に載置された被加工物を吸引保持する。このように構成されたチャックテーブル10は、図示しないチャックテーブル移動機構によって図6において矢印73aおよび73bで示す方向に移動可能に構成されている、図6において2点鎖線で示す被加工物搬入・搬出領域74と上記スピンドルユニット82を構成するバイト工具83と対向する実線で示す加工領域75との間で移動せしめられる。なお、チャックテーブル10は、自転しない構成となっている。
上記旋削装置7を用いて研削屑除去工程を実施するには、被加工物搬入・搬出域74に位置付けられているチャックテーブル10の上面である保持面にTSVウエーハ2の裏面側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、チャックテーブル10上にTSVウエーハ2を吸引保持する。従って、チャックテーブル10上に保持されたTSVウエーハ2の表面2aに貼着された保護テープ3の裏面3bが上側となる。なお、上記裏面研削工程の第2の実施形態を実施することにより、図4の(c)に示すようにTSVウエーハ2の裏面におけるデバイス領域23に対応する領域が研削して円形状の凹部23bに形成するとともに、外周余剰領域24に対応する領域を残存させて環状の補強部24bを形成した場合には、TSVウエーハ2を保持するチャックテーブルは図7に示すチャックテーブル10aを用いる。このチャックテーブル10aは、保持面である上面にTSVウエーハ2の裏面に形成された円形状の凹部23bと嵌合する円形状の吸着部100aが突出して設けられている。従って、チャックテーブル10aの円形状の吸着部100aにTSVウエーハ2の裏面に形成された円形状の凹部23bを嵌合し、図示しない吸引手段を作動することにより、チャックテーブル10a上にTSVウエーハ2を確実に吸引保持することができる。
上述したようにチャックテーブル10またはチャックテーブル10a上にTSVウエーハ2を吸引保持したならば、図示しないチャックテーブル移動機構を作動してチャックテーブル10を矢印73aで示す方向に移動し、TSVウエーハ2を保持したチャックテーブル10を加工領域75に位置付ける。このようにしてTSVウエーハ2を保持したチャックテーブル10が加工領域75に位置付けられたならば、TSVウエーハ2の表面2aに表面が貼着された保護テープ3の裏面3bに付着している研削屑を除去する研削屑除去工程を実施する。
先ず、回転スピンドル822を回転駆動し、バイト工具83が取り付けられたバイト工具装着部材824を図8の(a)において矢印824aで示す方向に例えば6000rpmの回転速度で回転する。そして、旋削ユニット8を下降させバイト工具83を所定の切り込み位置に位置付ける。次に、TSVウエーハ2を保持したチャックテーブル10を図8の(a)において実線で示す位置から矢印73aで示すように右方に例えば2mm/秒の送り速度で図8の(b)で示す位置まで移動する。この結果、バイト工具装着部材824の回転に伴って回転するバイト工具83の切削刃によって保護テープ3の裏面3bが旋削され、保護テープ3の裏面3bに付着している研削屑が除去される。
上述した研削屑除去工程を実施したならば、裏面3bに付着している研削屑が除去された保護テープ3が貼着されているTSVウエーハ2は、エッチング加工や絶縁膜被覆加工等を実施する次工程に搬送される。なお、TSVウエーハ2の表面に貼着している保護テープ3は、図示の実施形態においては耐熱的特性、機械的特性、耐化学的特性に優れたポリイミド樹脂シートによって形成されているので、次工程において高熱を伴う加工であっても耐えることができる。
2:TSVウエーハ
21:分割予定ライン
22:デバイス
23:デバイス領域
24:外周余剰領域
25:電極
3:保護テープ
4:研削装置
41:研削装置のチャックテーブル
42:研削手段
424:研削ホイール
5:研削装置
51:研削装置のチャックテーブル
52:研削手段
524:研削ホイール
6:洗浄装置
61:洗浄装置のチャックテーブル
62:洗浄水噴射ノズル
7:旋削装置
8:旋削ユニット
82:スピンドルユニット
83:バイト工具
9:旋削ユニット送り機構
10:旋削装置のチャックテーブル

Claims (4)

  1. 表面に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備えたウエーハの加工方法であって、
    ウエーハの表面に保護テープの表面を貼着する保護テープ貼着工程と、
    該保護テープ貼着工程が実施されたウエーハの裏面を研削して所定の厚みに形成する裏面研削工程と、
    該裏面研削工程が実施されたウエーハの裏面を洗浄する洗浄工程と、
    該洗浄工程が実施されたウエーハの表面に貼着された該保護テープの裏面を、該保護テープの裏面に対して平行に移動するバイトによって旋削し、該裏面研削工程において該保護テープの裏面に付着した研削屑を除去する研削屑除去工程と、を含む、
    ことを特徴とするウエーハの加工方法。
  2. 該ウエーハは、デバイスに接続する電極が裏面に露出されているTSVウエーハである、請求項1記載のウエーハの加工方法。
  3. 該保護テープは、ポリイミド樹脂シートによって形成されている、請求項1又は2記載のウエーハの加工方法。
  4. 該裏面研削工程は、該デバイス領域に対応する領域を研削して円形状の凹部に形成するとともに、該外周余剰領域に対応する領域を残存して環状の補強部に形成する、請求項1から3のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
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