JP5101267B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄く形成されても取り扱いが容易となるような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、略円盤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ストリートと呼ばれる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。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切削装置で切断することにより、半導体ウエーハが個々の半導体チップ（デバイス）に分割される。

分割されるウエーハは、ストリートに沿って切断する前に裏面を研削によって所定の厚さに形成される。近年、電気機器の軽量化、小型化を達成するために、ウエーハの厚さをより薄く、例えば５０μｍ程度にすることが要求されている。

このように薄く研削されたウエーハは取り扱いが困難になり、搬送等において破損する恐れがある。そこで、ウエーハのデバイス領域に対応する裏面のみを研削し、デバイス領域を囲繞する外周余剰領域に対応するウエーハの裏面にリング状補強部を形成する研削方法が特開２００７−１９４６１号公報で提案されている。

このように、裏面の外周にリング状補強部が形成されたウエーハは、リング状補強部が除去された後、ウエーハの表面側からストリートと呼ばれる切断予定ラインに沿って分割される（例えば、特開２００７−１９３７９号公報参照）。
特開２００７−１９４６１号公報 特開２００７−１９３７９号公報

リング状補強部の除去は一般に研削装置で研削して実施される。研削中のリング状補強部の厚みを検出するために、厚み測定器をリング状補強部に接触させる必要があるが、厚み測定器がリング状補強部から脱落しないためには、３〜７ｍｍ程度のリング状補強部の幅が必要であり、ウエーハによってはデバイス領域の一部がリング状補強部に含まれてしまうことがある。

また、リング状補強部をデバイス領域と同一厚みに研削しようとすると、デバイス領域にも研削砥石が接触し、デバイス領域の裏面にスクラッチ等の傷をつけてしまう。デバイス領域の裏面が傷つくのを防ぐために、リング状補強部はデバイス領域に対して数μｍ程度厚くなるように研削除去される。

一方、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等のデバイスの裏面には電極となる金属膜が金、銀、チタン等から形成されている。このようなウエーハはウエーハの裏面を研削し、更に研削された裏面に金属膜を形成した後に、ストリートに沿って切断し個々のデバイスに分割される。

よって、このようなウエーハでは、リング状補強部をデバイス領域と同一厚みに研削しようとすると、デバイス領域裏面に形成された金属膜を研削してしまうため、リング状補強部はデバイス領域に対して多少厚くなるように研削除去される。その結果、リング状補強部が除去されたウエーハには僅かに円形凹部が残ることになる。

円形凹部が残ったウエーハでは搬送装置の吸着パッドで裏面側から全面吸着して安定して搬送するのが難しく、また、その後のダイシング工程でウエーハの裏面をダイシングシートに貼り付ける際、円形凹部とダイシングシート間に空気等が入り込み易く、ダイシングシートへの貼り付けが困難となる。更に、リング状補強部を除去したウエーハは抗折強度が劣るため、搬送やハンドリング時に破損する恐れがあるという問題がある。

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、円形凹部を残すことなくリング状補強部の除去が可能であり、搬送やハンドリング時に破損の恐れのないウエーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、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表面に有し、該デバイス領域に対応する裏面に円形凹部が形成され、該円形凹部の外周側に該外周余剰領域を含むリング状補強部が形成されたウエーハの加工方法であって、前記円形凹部内に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、前記リング状補強部を該樹脂層ごと研削する研削工程と、を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

好ましくは、樹脂層は紫外線硬化樹脂層と、紫外線硬化樹脂層上に積層された透明樹脂層から構成される。好ましくは、研削工程中に厚み測定器を樹脂層の上面に接触させてリング状補強部の厚さを測定する。

本発明によると、リング状補強部の研削と同時に樹脂層も研削することで、リング状補強部除去後に円形凹部形状が残らないため、ウエーハの裏面からの全面吸着搬送が可能となる。

また、厚み測定器を樹脂層に接触させてリング状補強部の厚さを測定することができるため、リング状補強部の幅を３ｍｍ以下とすることもでき、デバイス領域にリング状補強部が掛かることを回避できる。

さらに、樹脂層によってウエーハの強度が増すため、ウエーハの搬送やハンドリング時に破損する恐れがなくなる。また、ウエーハ分割後にはダイシングテープを介して紫外線を照射することで、ウエーハと樹脂層の剥離を容易に行うことができ、その後のデバイスピックアップ工程に支障をきたすことがない。

以下、図面を参照して、本発明実施形態のウエーハの加工方法を詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態のウエーハの加工方法を実施するのに適した研削装置の斜視図が示されている。研削装置は、略直方体形状の装置ハウジング２を具備している。装置ハウジング２の右上端には、垂直支持板４が隣接されている。

垂直支持板４の内側面には、上下方向に伸びる２対の案内レール６及び８が設けられている。一方の案内レール６には粗研削ユニット１０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８には仕上げ研削ユニット１２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１０は、ユニットハウジング１４と、該ユニットハウジング１４の下端に回転自在に装着されたホイールマウント１６に装着された研削ホイール１８と、ユニットハウジング１４の下端に装着されホイールマウント１６を反時計回り方向に回転する電動モータ２０と、ユニットハウジング１４が装着された移動基台２２から構成される。

研削ホイール１８は、環状の砥石基台１８ａと、砥石基台１８ａの下面に装着された粗研削用の研削砥石１８ｂから構成される。移動基台２２には一対の被案内レール２４が形成されており、これらの被案内レール２４を垂直支持板４に設けられた案内レール６に移動可能に嵌合することにより、粗研削ユニット１０が上下方向に移動可能に支持されている。

２６は粗研削ユニット１０の移動基台２２を案内レール６に沿って移動させ、研削ホイール１８を研削送りする研削送り機構である。研削送り機構２６は、垂直支持板４に案内レール６と平行に上下方向に配置され回転可能に支持されたボールねじ２８と、ボールねじ２８を回転駆動するパルスモータ３０と、移動基台２２に装着されボールねじ２８に螺合する図示しないナットから構成される。

パルスモータ３０によってボールねじ２８を正転又は逆転駆動することにより、粗研削ユニット１０を上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直方向）に移動する。

仕上げ研削ユニット１２も粗研削ユニット１０と同様に構成されており、ユニットハウジング３２と、ユニットハウジング３２の下端に回転自在に装着されたホイールマウント３４に装着された研削ホイール３６と、ユニットハウジング３２の上端に装着されホイールマウント３４を反時計回り方向に駆動する電動モータ３８と、ユニットハウジング３２が装着された移動基台４０とから構成される。研削ホイール３６は、環状の砥石基台３６ａと、砥石基台３６ａの下面に装着された仕上げ研削用の研削砥石３６ｂから構成される。

移動基台４０には一対の被案内レール４２が形成されており、これらの被案内レール４２を垂直支持板４に設けられた案内レール８に移動可能に嵌合することにより、仕上げ研削ユニット１２が上下方向に移動可能に支持されている。

４４は仕上げ研削ユニット１２の移動基台４０を案内レール８に沿って移動させ、研削ホイール３６を研削送りする研削送り機構である。研削送り機構４４は、垂直支持板４に案内レール８と平行に上下方向に配設され回転可能に支持されたボールねじ４６と、ボールねじ４６を回転駆動するパルスモータ４８と、移動基台４０に装着され、ボールねじ４６に螺合する図示しないナットから構成される。

パルスモータ４８によってボールねじ４６を正転又は逆転駆動することにより、仕上げ研削ユニット１２は上下方向（後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直方向）に移動される。

研削装置は、垂直支持板４の前側において装置ハウジング２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５０を具備している。ターンテーブル５０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５１で示す方向に回転される。

ターンテーブル５０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５２が水平面内で回転可能に配置されている。チャックテーブル５２は、円盤状の基台５４とポーラスセラミック材によって円盤状に形成された吸着チャック５６から構成されており、吸着チャック５６の保持面上に載置されたウエーハを図示しない吸引手段を作動することにより吸引保持する。

このように構成されたチャックテーブル５２は、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５０に配設された３個のチャックテーブル５２は、ターンテーブル５０が適宜回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａ、粗研削加工領域Ｂ、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。

研削装置は、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに対して一方側に配設され、研削加工前のウエーハをストックする第１のカセット５８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６０を具備している。

第１のカセット５８とウエーハ搬入・搬出領域Ａとの間には、第１のカセット５８から搬出されたウエーハを載置する仮置きテーブル６２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６０との間にはスピンナ洗浄手段６８が配設されている。

ウエーハ搬送手段７０は、保持アーム７２と、保持アーム７２を移動する多節リンク機構７４から構成され、第１のカセット５８内に収納されたウエーハを仮置きテーブル６２に搬出するとともに、スピンナ洗浄手段６８で洗浄されたウエーハを第２のカセット６０に搬送する。

ウエーハ搬入手段７６は、仮置きテーブル６２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５２上に搬送する。ウエーハ搬出手段７８は、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５２上に載置されている研削加工後のウエーハを、スピンナ洗浄手段６８に搬送する。

第１のカセットを５８内には、図２に示す半導体ウエーハ１１が収納されている。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成っており、表面１１ａに複数のストリート１３が格子状に形成されているとともに、これら複数のストリート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。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３に示すように、裏面１１ｂが露出する状態となり、裏面１１ｂを上側にして半導体ウエーハ１１が複数枚第１のカセット５８中に収納されている。

以上のように構成された研削装置２により、半導体ウエーハ１１のデバイス領域１７に対応する裏面に円形凹部を形成し、外周余剰領域１９にリング状補強部を残存させるウエーハの加工方法について以下に簡単に説明する。まず、第１のカセット５８内に収容されたウエーハはウエーハ搬送手段７０により取り出されて、仮置きテーブル６２に搬送される。

仮置きテーブル６２で概略の位置合わせが達成されたウエーハは、ウエーハ搬入手段７６によりウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられたチャックテーブル５２上に搬送される。次いで、ターンテーブル５０が１２０°回転されて、ウエーハ１１を保持したチャックテーブル５２が粗研削加工領域Ｂに位置付けられる。

ここで、チャックテーブル５２に保持されたウエーハ１１と研削ホイール１８を構成する粗研削用の研削砥石１８ｂの関係について図４を参照して説明する。チャックテーブル５２の回転中心Ｐ１と研削砥石１８ｂの回転中心Ｐ２は偏心しており、研削砥石１８ｂの外径はウエーハ１１のデバイス領域１７と余剰領域１９との境界線８０の直径より小さく境界線８０の半径より大きい寸法に設定され、環状の研削砥石１８ｂがチャックテーブル５２の回転中心Ｐ１を通過するようになっている。

チャックテーブル５２を矢印５３で示す方向に３００ｒｐｍで回転しつつ、研削砥石１８ｂを矢印８２で示す方向に６０００ｒｐｍで回転させるとともに、研削送り機構２６を作動して研削ホイール１８の研削砥石１８ｂをウエーハ１１の裏面に接触させる。そして、研削ホイール１８を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。

この結果、半導体ウエーハ１１の裏面には、図５に示すように、デバイス領域１７に対応する領域が粗研削除去されて所定厚さ（例えば５０μｍ）より僅かに厚い円形状の凹部８４が形成されるとともに、外周余剰領域１９に対応する領域が残存されてリング状凸部（リング状補強部）８６が形成される（凹部粗研削工程）。

尚、この間にウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられた次のチャックテーブル５２上には、研削加工前のウエーハ１１が上述したように中心位置合わせされて載置される。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、ウエーハ１１をチャックテーブル５２上に吸引保持する。

次に、ターンテーブル５０を矢印５１で示す方向に１２０度回転して、粗研削加工されたウエーハ１１を保持しているチャックテーブル５２を仕上げ研削加工領域Ｃに位置付け、研削加工前のウエーハ１１を保持したチャックテーブル５２を粗研削加工領域Ｂに位置付ける。

粗研削加工領域Ｂに位置付けられたチャックテーブル５２上に保持された粗研削加工前のウエーハ１１の裏面１１ｂには、粗研削ユニット１０によって上述した粗研削加工が施され、仕上げ研削加工領域Ｃに位置付けられたチャックテーブル５２上に載置された粗研削加工されたウエーハ１１の裏面１１ｂには、仕上げ研削ユニット１２によって仕上げ研削加工が施される。

仕上げ研削加工について、図６を参照して説明する。仕上げ研削用の研削砥石３６ｂの外径は、粗研削用の研削砥石１８ｂと同一寸法に形成されている。図６に示すように、仕上げ研削用の研削砥石３６ｂをチャックテーブル５２の回転中心Ｐ３（ウエーハ１１の中心）を通過するように位置付ける。この時、研削砥石３６ｂの外周縁は、粗研削加工によって形成されたリング状凸部８６の内周面に接触するように位置付けられる。

チャックテーブル５２を矢印５３で示す方向に３００ｒｐｍで回転しつつ、仕上げ研削用の研削砥石３６ｂを矢印８８で示す方向に６０００ｒｐｍで回転させ、研削送り機構４４を作動して研削ホイール３６の研削砥石３６ｂをウエーハ１１の裏面に形成された円形状の凹部８４の底面に接触させる。

この結果、ウエーハ１１の裏面に形成された円形状の凹部８４の底面が仕上げ研削され、デバイス領域１７に対応する領域は所定厚さ（例えば５０μｍ）に形成される（凹部仕上げ研削工程）。

次に、図７〜図９を参照して、本発明実施形態のウエーハの加工方法について詳細に説明する。図７（Ａ）は円形凹部８４内に紫外線樹脂層９２と透明樹脂層９４から成る樹脂層９０を形成したウエーハ１１の裏面側斜視図、図７（Ｂ）はその断面図である。

まず、図７（Ｂ）に最も良く示されるように、ウエーハ１１の円形凹部８４内に例えばスピンコートにより紫外線硬化樹脂層９２を所定厚さに形成する。次いで、紫外線硬化樹脂層９２上に透明樹脂層９４を例えばスピンコートにより所定厚さに形成する。紫外線硬化樹脂層９２の厚みは５μｍ程度が好ましく、透明樹脂層９４の厚みは３５μｍ程度が好ましい。

ここで、紫外線硬化樹脂層９２は、紫外線硬化型のアクリル系樹脂又はゴム系樹脂等から形成される。一方、透明樹脂層９４は、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリカーボネート、尿素樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリテトラフロロエチレン等の透明樹脂から形成される。

次に、図８を参照して、粗研削用研削砥石１８ｂを装着した研削ホイール１８によりウエーハ１１のリング状補強部８６を研削する本発明の加工方法について説明する。尚、図８においては、ウエーハ１１を保護テープ２３を介して吸着保持するチャックテーブル５２が省略されている。

図４で説明した研削方法と同様に、チャックテーブル５２を矢印５３で示す方向に３００ｒｐｍで回転しつつ、研削砥石１８ｂを同一方向に６０００ｒｐｍで回転させるとともに、研削送り機構２６を作動して研削ホイール１８の研削砥石１８ｂをウエーハ１１のリング状補強部８６に接触させる。そして、研削ホイール１８を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。

この時、厚み測定器（厚みゲージ）９６のプローブ９８を透明樹脂層９４に接触させて、ウエーハ１１の円形凹部８４の厚さに紫外線硬化樹脂層９２及び透明樹脂層９４の厚さを加えた合計厚さを測定しながら、リング状補強部８６の研削を実施する。

研削を続行する内に、リング状補強部８６の研削面の高さが透明樹脂層９４の上面に一致すると、透明樹脂層９４と一緒にリング状補強部８６が研削砥石１８ｂにより研削される。

よって、厚み測定器９６のプローブ９８を透明樹脂層９４に接触させながら研削砥石１８ｂによる研削を継続すると、リング状補強部８６の厚さを常に測定しながら研削を行うことができる。リング状補強部８６を所定厚さまで研削すると、粗研削砥石１８ｂによる研削を終了する。

粗研削が終了すると、ターンテーブル５０を図１で矢印５１で示す方向に１２０°回転して、リング状補強部８６が粗研削加工されたウエーハ１１を保持しているチャックテーブル５２を仕上げ研削加工領域Ｃに位置づけ、仕上げ研削用の研削砥石３６ｂによる仕上げ研削を行う。

仕上げ研削時にも、厚み測定器９６のプローブ９８を透明樹脂層９４に接触させて、リング状補強部８６と透明樹脂層９４の研削を同時に行い、リング状補強部８６の厚さをリアルタイムに測定しつつ、リング状補強部８６の厚さを所定厚さに仕上げる。

リング状補強部８６の研削が終了したウエーハ１１は、次いで良く知られた切削装置により分割予定ラインに沿って切削されて、個々のデバイスに分割される。このときには、図９に示すように、ウエーハ１１の裏面をダイシングテープ１００に貼着し、ダイシングテープ１００の外周縁部を環状フレーム１０２に貼着する。ダイシングテープ１００としては、紫外線硬化型でない一般テープが好ましい。

本実施形態では、ウエーハ１１の円形凹部８４に樹脂層９０が形成されてリング状補強部８６と同一厚さに研削されているため、ウエーハ１１の裏面をダイシングテープ１００に貼着する際、円形凹部８４内に空気等が入り込むことが無く、ウエーハ１１をその裏面を下側にしてダイシングテープ１００に安定して貼着することができる。

切削装置によりウエーハ１１を個々のデバイスに分割後には、ダイシングテープ１００及び透明樹脂層９２を介して紫外線を紫外線硬化樹脂層９４に照射することにより、紫外線硬化樹脂層９４が硬化するため、樹脂層９０の剥離を容易に行うことができ、その後に実施する個々のデバイスのピックアップ工程に支障をきたすことはない。

本発明の加工方法を実施するのに適した研削装置の斜視図である。 ウエーハの表面側斜視図である。 保護テープを裏面に貼着した状態のウエーハの裏面側斜視図である。 研削装置によって実施される円形凹部粗研削工程の説明図である。 円形凹部粗研削工程が実施された半導体ウエーハの拡大断面図である。 研削装置によって実施される円形凹部仕上げ研削工程の説明図である。 図７（Ａ）は円形凹部に樹脂層を形成した状態のウエーハの裏面側斜視図、図７（Ｂ）はその断面図である。 本発明実施形態の加工方法を説明する説明図である。 本発明加工方法により加工されたウエーハをダイシングテープを介して環状フレームに装着した状態の断面図である。

符号の説明

１０ 粗研削ユニット
１１ ウエーハ
１２ 仕上げ研削ユニット
１７ デバイス領域
１８ 粗研削ホイール
１８ｂ 粗研削砥石
１９ 外周余剰領域
３６ 仕上げ研削ホイール
３６ｂ 仕上げ研削砥石
５０ ターンテーブル
５２ チャックテーブル
８４ 円形凹部
８６ リング状補強部
９０ 樹脂層
９２ 紫外線硬化樹脂層
９４ 透明樹脂層
９６ 厚み測定器
１００ ダイシングテープ
１０２ 環状フレーム

Claims (3)

1. 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表面に有し、該デバイス領域に対応する裏面に円形凹部が形成され、該円形凹部の外周側に該外周余剰領域を含むリング状補強部が形成されたウエーハの加工方法であって、
   前記円形凹部内に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
   前記リング状補強部を該樹脂層ごと研削する研削工程と、
   を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法。
2. 前記樹脂層は、紫外線硬化樹脂層と、
   該紫外線硬化樹脂層上に積層された透明樹脂層と、
   から構成されることを特徴とする請求項１記載のウエーハの加工方法。
3. 前記研削工程中に厚み測定器を前記樹脂層の上面に接触させて前記リング状補強部の厚さを測定することを特徴とする請求項１又は２記載のウエーハの加工方法。

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