JP2005335014A - ウェーハの研削方法及び研削砥石 - Google Patents

ウェーハの研削方法及び研削砥石 Download PDF

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Abstract

【課題】研削砥石を用いてウェーハを研削する場合において、研削砥石による研削開始時の衝撃力や研削抵抗に伴う研削砥石の微振動がウェーハに伝達されないようにしてウェーハやデバイスに悪影響を与えないようにする。
【解決手段】ホイールマウント210とホイールベース230aとの間に緩衝材220を介在させ、チャックテーブル14aにおいてウェーハW1を保持し、チャックテーブル14aを回転させてウェーハW1を回転させ、ホイールマウント210を回転させると共にホイールマウント210を研削送りして研削砥石230の砥石部230bをウェーハW1に接触させて研削を遂行する。緩衝材220によって、砥石部230bとウェーハW1との接触時の衝撃力や、研削抵抗による砥石部230bの微振動が吸収されるため、研削面W1bにおけるクラック等の研削歪みが生じる現象が低減され、デバイスの抗折強度の低下を防止することができる。
【選択図】図6

Description

本発明は、生産性が高く、高品質なウェーハまたはデバイスを製造することができるウェーハの研削方法及びそれに用いる研削砥石に関するものである。
表面側に集積回路等の複数のデバイスが形成されたウェーハは、ダイシング装置等によって個々のデバイスに分割され、各種電子機器に利用されている。
ウェーハを個々のデバイスに分割する前には、裏面の研削を行うことにより、当該裏面が平滑化されると共に、所望の厚みに仕上げられる。また、デバイスの仕上がり厚さに相当する深さの溝をウェーハのストリートに形成しておき、ウェーハの裏面を研削して形成しておいた溝をウェーハの裏面から表出させてウェーハを個々のデバイスに分割する先ダイシング(DBG)と称される技術も実用化されている。いずれの場合も、ウェーハの裏面を研削することが必要不可欠となる(例えば特許文献1参照)。
特開2003−007653号公報
しかしながら、回転する研削砥石が研削送りされ、ウェーハに接触して所定の押圧力に達して研削が開始されると、その開始の瞬間に、強い衝撃力がウェーハに伝達される。また、研削中は、研削抵抗に起因して研削砥石に微振動が発生し、これに伴いウェーハが細かく叩きつけられる。そして、これらの現象によって、ウェーハの研削面にはクラック等の研削歪みが生じ、ウェーハを構成するデバイスの抗折強度を低下させるという問題がある。
また、デバイスの仕上がり厚さに相当する深さの溝をウェーハのストリートに形成しておき、ウェーハの裏面を研削して形成しておいた溝をウェーハの裏面から表出させてウェーハを個々のデバイスに分割する先ダイシング(DBG)と称される技術においては、ウェーハの裏面から溝が表出するまでは個々のデバイスに分割されないようにするために、研削送りの速度を低速にして慎重に研削を行わなければならず、生産性が低いという問題がある。更に、先ダイシングにおいては、個々のデバイスに分割された後も研削を続けて所望の厚みに形成するため、研削抵抗に起因して研削砥石に微振動が発生し、これに伴いデバイスが細かく叩きつけられ、デバイスが破損するという問題もある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、研削砥石による研削開始時の衝撃力や研削砥石の微振動がウェーハに伝達されないようにして、ウェーハやデバイスの抗折強度の低下や破損を防止することである。
本発明は、ウェーハを保持する保持部と保持部を支持して回転可能な保持部ベースとを備えたチャックテーブルと、チャックテーブルに保持されたウェーハを研削する砥石部がホイールベースに固定されて構成される研削砥石と、ホイールベースを支持するホイールマウントと、ホイールマウントを研削送りする研削送り手段とから少なくとも構成される研削装置を用いたウェーハの研削方法であり、ホイールマウントとホイールベースとの間、ホイールベースの内部またはチャックテーブルの内部に緩衝材を介在させる緩衝材装着工程と、チャックテーブルにおいてウェーハを保持するウェーハ保持工程と、チャックテーブルを回転させてウェーハを回転させ、ホイールマウントを回転させると共にホイールマウントを研削送りして該研削砥石の砥石部を該ウェーハに接触させて研削を遂行する研削工程とから少なくとも構成される。
緩衝部材としては例えばゴムシートがあり、ゴムシートのJIS規格HS硬度は、例えば20より大きく80より小さく構成される。また、ホイールマウントの研削送り速度は、0.1μm/秒〜15μm/秒が好ましく、チャックテーブルの回転速度は10rpm〜400rpmが好ましく、研削砥石の回転速度は1000rpm〜7200rpmが好ましい。
ウェーハの表面にストリートに区画されて複数のデバイスが形成されている場合は、表面には保護部材が貼着され、ウェーハ保持工程においては保護部材側がチャックテーブルに保持され、研削工程においては、ウェーハの裏面が研削される。また、ウェーハの表面にストリートに区画されて複数のデバイスが形成され、ストリートに所定深さの溝が形成されている場合は、研削工程においては、ウェーハの表面に形成された溝が裏面から表出するまで裏面を研削する。ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハがある。
また本発明は、上記ウェーハの研削方法の実施に用いる研削砥石であり、ホイールベースと砥石部とを備え、ホイールベースのホイールマウントに装着される側に緩衝材が配設されて構成される。
更に本発明は、上記ウェーハの研削方法の実施に用いる研削砥石であり、ホイールベースと砥石部とを備え、ホイールベースが緩衝材を挟持して構成される。
本発明に係るウェーハの研削方法では、研削砥石とホイールベースとの間、研削砥石を構成するホイールベースの内部またはチャックテーブルの内部に緩衝材を介在させ、研削砥石が装着されたホイールマウントを研削送りしてチャックテーブルに保持されたウェーハを研削するようにしたため、研削砥石を構成する砥石部がウェーハに接触した瞬間の衝撃力が緩衝材によって吸収される。また、研削中に生じる研削抵抗に起因する研削砥石の微振動も緩衝材によって吸収され、ウェーハが細かく叩きつけられる作用も緩和される。従って、ウェーハの研削面におけるクラック等の研削歪みが生じる現象が低減され、ウェーハやデバイスの抗折強度の低下や破損を防止することができる。
また、本発明に係る研削砥石は、ホイールベースと砥石部とを備え、ホイールベースのホイールマウントに装着される側に緩衝材が配設されて構成されるか、またはホイールベースが緩衝材を挟持して構成されるため、上記ウェーハの研削方法の実施に用いることができ、デバイスの抗折強度の低下や破損の防止に役立つ。
図1に示す研削装置1は、本発明の実施に用いる装置の一例を示したもので、カセット載置領域10a、10bには、研削しようとするウェーハを収容するウェーハカセット100aと研削後のウェーハを収容するウェーハカセット100bとがそれぞれ載置される。
カセット載置領域10a、10bの近傍には、ウェーハカセット100a、100bに対するウェーハの搬出入を行う搬出入手段11が配設されている。搬出入手段11によってウェーハカセット100aから搬出されたウェーハは、位置合わせテーブル12に載置され、ここでウェーハが一定の位置に位置合わせされる。
位置合わせテーブル12の近傍には第一の搬送手段13aが配設されており、位置合わせテーブル12において位置合わせされたウェーハは、第一の搬送手段13aによって3つのチャックテーブル14a、14b、14cのいずれかに搬送される。いずれのチャックテーブルも、ウェーハを保持する保持部140と保持部140を支持して回転可能な保持部ベース141とから構成される。また、3つのチャックテーブル14a、14b、14cは、ターンテーブル15の回動に伴って移動する。
図1の研削装置1においては、一方の端部から起立した壁部16に第一の研削送り手段17及び第二の研削送り手段18が配設されている。第一の研削送り手段17は、垂直方向に配設された一対のガイドレール170と、ガイドレール170と平行に配設されたボールネジ171と、ボールネジ171の先端に連結されたモータ172と、ガイドレール170に摺動可能に係合すると共に内部のナットがボールネジ171に螺合した昇降部173とから構成され、モータ172によって駆動されてボールネジ171が回動するのに伴い昇降部173が昇降する構成となっている。同様に、第二の研削送り手段18は、垂直方向に配設された一対のガイドレール180と、ガイドレール180と平行に配設されたボールネジ181と、ボールネジ181の先端に連結されたモータ182と、ガイドレール180に摺動可能に係合すると共に内部のナットがボールネジ181に螺合した昇降部183とから構成され、モータ182によって駆動されてボールネジ181が回動するのに伴い昇降部183が昇降する構成となっている。
第一の研削送り手段17を構成する昇降部173は、垂直方向に配設されたスピンドルハウジング190を支持しており、スピンドルハウジング190はスピンドル200を回動可能に支持している。また、スピンドル200の先端にはホイールマウント210が固定され、もう一方の先端にはスピンドル200を駆動するモータ200aが連結されている。同様に、第二の研削送り手段18を構成する昇降部183は、垂直方向に配設されたスピンドルハウジング191を支持しており、スピンドルハウジング191はスピンドル201を回動可能に支持している。また、スピンドル201の先端にはホイールマウント211が固定され、もう一方の先端にはスピンドル201を駆動するモータ201aが連結されている。
ホイールマウント210(211)には、例えば図2に示すように、複数の貫通孔210a(211a)が形成されている。ホイールマウント210(211)には、緩衝材220(221)を介在させて研削砥石230(231)が固定されて支持される(緩衝材装着工程)。研削砥石230(231)は、リング状に形成されたホイールベース230a(231a)の下面に砥石部230b(231b)が固定されて構成されており、ホイールベース230a(231a)には複数のネジ穴230c(231c)が形成されている。緩衝材220(221)は、例えば、厚さが5mm程度、JIS規格HS硬度が20より大きく80より小さく構成されており、複数の貫通孔220a(221a)が形成されている。緩衝材220(221)としては、例えばゴムシートを使用することができる。ホイールマウント210(211)の貫通孔210a(211a)及び緩衝材220(221)の貫通孔220a(221a)にネジ240(241)を挿入し、ホイールベース230a(231a)のネジ穴230c(231c)においてネジ止めすると、図3に示すように、研削砥石230(231)が緩衝材220(221)を介してホイールマウント210(211)に固定される。なお、緩衝材220(221)は、ホイールベース230a(231a)のホイールマウント210(211)に装着される側に緩衝材220(221)が配設されて予め研削砥石230(231)と一体となっていてもよい。
次に、ウェーハの研削方法について説明する。例えば、図4に示すように、ストリートSによって区画されて表面W1aに複数のデバイスDが形成されたウェーハW1の裏面W1bを研削する場合は、例えば図5に示すように、表面W1aにデバイス保護のための保護部材Pを貼着し表裏を反転させた状態で、図1に示したウェーハカセット100aにウェーハW1を収容しておき、搬出入手段11によってウェーハW1をウェーハカセット100aから搬出して位置合わせテーブル12に載置する。そして、ウェーハW1が一定の位置に位置合わせされた後に、第一の搬送手段13aによって例えばチャックテーブル14aに搬送される。チャックテーブル14aでは、ウェーハW1に貼着された保護部材P側が保持部140に保持され、裏面W1bが露出した状態となる(ウェーハ保持工程)。
次に、ターンテーブル15の回転によってウェーハWが研削砥石230の直下(図1におけるチャックテーブル14cの位置)に位置付けられる。そして、図6に示すように、チャックテーブル14aが、例えば10rpm〜400rpmの回転速度で回転すると共に、スピンドル200の回転に伴い砥石部230bが回転しながら第一の研削送り手段17(図1参照)によってホイールマウント210が研削送りされて砥石部230bが下降し、回転する砥石部230bがウェーハW1の裏面W1bに接触し、裏面W1bが研削される(研削工程)。ここでは例えば粗研削が行われる。ホイールマウント210の研削送り速度は、例えば0.1μm/秒〜15μm/秒程度であり、研削砥石230bの回転速度は例えば1000rpm〜7200rpmである。
粗研削が終了した後は、ターンテーブル15の回転によりウェーハW1が研削砥石231の直下(図1におけるチャックテーブル14bの位置)に位置付けられる。そして、図6に示したように、チャックテーブル14aが回転すると共に、スピンドル201の回転に伴い砥石部231bが回転しながら第二の研削送り手段18(図1参照)によってホイールマウント211が研削送りされて砥石部231bが下降し、回転する砥石部231bがウェーハW1の裏面W1bに接触し、裏面W1bが研削される(研削工程)。ここでは仕上げ研削が行われる。
粗研削及び仕上げ研削のいずれの場合も、研削砥石230(231)とホイールマウント210(211)との間に緩衝材220(221)が配設されているため、粗研削及び仕上げ研削開始の際には、緩衝材220(221)の作用により、砥石部230b(231b)がウェーハW1の裏面に接触するときの衝撃力が和らげられ、ウェーハW1に衝撃力が伝達されない。また、砥石部230b(231b)とウェーハW1との接触により研削抵抗が生じて砥石部230b(231b)には微振動が生じるが、この微振動も緩衝材220(221)に吸収されウェーハW1には伝達されにくくなるため、ウェーハW1が細かく叩きつけられることが緩和される。従って、ウェーハW1の研削面(裏面W1b)にクラック等の研削歪みが生じにくくなり、ウェーハW1を構成する個々のデバイスDの抗折強度の低下や破損を防止することができる。
図7に示すように、表面W2aにストリートSに区画されて複数のデバイスDが形成されたウェーハW2において、デバイスDの仕上がり厚さに相当する深さの溝GをストリートSに形成しておき、ウェーハW2の裏面W2bを研削することにより形成しておいた溝GをウェーハWの裏面W2bから表出させてウェーハWを個々のデバイスDに分割する先ダイシング(DBG)と称される技術においては、研削の対象は、図7に示すように、表面のストリートに予め溝Gが形成されたウェーハW2となる。この場合も、図6に示したようにして粗研削または仕上げ研削が行われる。仕上げ研削においては、研削により裏面W2b側から溝Gが表出して個々のデバイスDに分割され、所定の厚さに形成される。
先ダイシングの場合は、ウェーハW2の裏面W2bから溝Gが表出するまでは個々のデバイスに分割されないようにする必要があるが、ウェーハW2への衝撃力や研削抵抗に起因する微振動が緩衝材220(221)に吸収され、ウェーハW2には伝達されないため、研削送りの速度を低速にしなくても、抗折強度を低下させず、破損もさせずにデバイスに分割することができる。従って、生産性の低下を防止することができる。
なお、上記の例では、図2及び図3に示したように、ホイールマウント210(211)と研削砥石230(231)との間に緩衝材220(221)を介在させた場合について説明したが、例えば図8に示すように、研削砥石232を構成するホイールベース232aの内部に緩衝材232bを介在させ、ホイールベース232aによって緩衝材232bが挟持される構成としてもよい。
また、図9に示すように、ウェーハを保持するチャックテーブル14dにおいて、保持部ベース143の内部に緩衝材222を介在させてもよい。いずれの場合も、ウェーハに砥石部が接触した際の衝撃力を緩衝材が吸収し、研削中の砥石部の微振動を緩衝材が吸収するため、ウェーハの研削面にクラック等の研削歪みが生じにくくなり、ウェーハを構成する個々のデバイスの抗折強度の低下や破損を防止することができる。
こうして研削されたウェーハW1(W2)は、ターンテーブル15の回転により第二の搬送手段13bの近傍に位置付けられ、第二の搬送手段13bによって洗浄手段25に搬送され、ここで研削屑が除去された後に、搬出入手段11によってウェーハカセット100bに収容される。
なお、上記においては、研削砥石を2個有する研削装置1を例に挙げて説明したが、砥石が1個のみまたは3個以上の装置にも本発明を適用することができる。また、チャックテーブルの個数もいくつでもよい。
図10に示すように、ホイールマウント211と研削砥石231との間に緩衝材221を介在させ、緩衝材221としてゴムシートを用いて、表面に溝Gが形成されているウェーハW2の裏面の仕上げ研削を行って先ダイシング技術により個々のデバイスに分割する場合(以下、「緩衝材有りの場合」という。)と、図11に示すように、緩衝材を介在させずにホイールマウント211に直接研削砥石231を取り付けて、表面に溝Gが形成されているウェーハW2の仕上げ研削を行って個々のデバイスに分割する場合(以下、「緩衝材無しの場合」という。)とについて、それぞれスピンドル201を駆動するモータ201a(図1参照)の負荷電流を測定する実験を行った。なお、緩衝材ありの場合のゴムシートは、JIS規格HS10、20、30、40、50、60、70、80、90の硬度を有するものについてそれぞれ実験を行った。また、ゴムシートの有無以外の条件はすべて同一であり、図11においては、図10と同様に構成される部位について共通の符号を付している。
この実験においては、スピンドルの回転数を3200rpm、チャックテーブル14a(14b、14c)の回転数を300rpm、ホイールマウント211の研削送り速度を0.3μm/秒とし、外径が300mm、厚みが150μm、表面のストリートに溝Gが形成されたシリコンウェーハの裏面を50μm研削し、先ダイシングの技術により厚みが100μmのデバイスに分割することとした。
JIS規格HSが20、30、40、50、60、70、80の硬度を有するゴムシートを用いた場合は、研削の過程における負荷電流値の変化として、図12に示す結果が得られた。図12における横軸は時間、縦軸はモータ201aの負荷電流値である。なお、緩衝材有りの場合は、ゴムシートのJIS規格HS硬度の値によって若干の負荷電流値の相違はあるが、JIS規格HSが20〜80の場合は、図12に示すような統一した結果が得られた。一方、JIS規格HSが10及び90の場合は、図12に示したような結果は得られなかった。
図12のグラフにおいては、緩衝材有りの場合も緩衝材無しの場合も、図10及び図11に示した砥石部231bがウェーハW2に接触を始めた時から約30秒間は負荷電流値が急激に上昇し(過渡状態)、その後は多少の上下動はあるもののほぼ一定の値で推移している(安定状態)。しかし、緩衝材無しの場合のみ、安定状態に移行する前の時点t1において、一瞬負荷電流値が急激に高くなっている。これは、砥石部231bとウェーハW2との接触の瞬間の衝撃力の高さを示していると考えられる。一方、緩衝材有りの場合は、このような負荷電流値の急激な上昇がなく、過渡状態から安定状態へと滑らかに移行している。これは、緩衝材221が接触の瞬間の衝撃力を吸収したためであると考えられる。
安定状態においては、緩衝材有りの場合は、緩衝材無しの場合と比較すると、負荷電流値の変動が小さい。これは、研削抵抗に起因して発生する砥石部231bの微振動を緩衝材221が吸収しているためであると考えられる。また、緩衝材有りの場合の方が、緩衝材無しの場合よりも負荷電流値が大きい。これは、砥石部231bとウェーハW2の裏面W2bとの密着性が高く、研削効率が良いことを示している。
緩衝材有りの場合も緩衝材無しの場合も、負荷電流値がほぼ安定してから約100秒後に負荷電流値が上昇している。これは、ウェーハW2が個々のデバイスに分割されたことに起因するものと考えられるが、緩衝材有りの場合の方が上昇量は小さく、分割された際のデバイスに対する衝撃力が低いことを示している。従って、緩衝材ありの場合は、分割されたデバイスが破損するのを防止することができると考えられる。
なお、図示していないが、緩衝材有りの場合と緩衝材無しの場合とでそれぞれ研削音を測定したところ、緩衝材無しの場合の研削音は80デシベルであったのに対し、緩衝材有りの場合でかつゴムシートのJIS規格HSが20〜80場合の研削音は70デシベルであった。このことからも、緩衝材221によって振動が吸収されてウェーハへのダメージが軽減されたものと考えられる。
研削装置の一例を示す斜視図である。 緩衝材の組み付け状態の一例を示す分解斜視図である。 同組み付け状態を示す斜視図である。 ウェーハの一例を示す斜視図である。 表面に保護部材を貼着したウェーハを示す正面図である。 研削工程の一例を示す説明図である。 ウェーハの別の例を示す斜視図である。 緩衝材の組み付け状態の別の例を示す斜視図である。 緩衝材の組み付け状態の別の例を示す斜視図である。 緩衝材ありの場合の実験内容を示す説明図である。 緩衝材なしの場合の実験内容を示す説明図である。 実験結果を示すグラフである。
符号の説明
1:研削装置
10a、10b:カセット載置領域
100a、100b:ウェーハカセット
11:搬出入手段 12:位置合わせテーブル
13a:第一の搬送手段 13b:第二の搬送手段
14a、14b、14c:チャックテーブル
140:保持部 141:保持部ベース
14d:チュックテーブル
142:保持部 143:保持部ベース
15:ターンテーブル 16:壁部
17:第一の研削送り手段
170:ガイドレール 171:ボールネジ 172:モータ 173:昇降部
18:第二の研削送り手段
180:ガイドレール 181:ボールネジ 182:モータ 183:昇降部
190、191:スピンドルハウジング
200、201:スピンドル 200a、201a:モータ
210、211:ホイールマウント 210a(211a):貫通孔
220、221:緩衝材
230、231:研削砥石
230a、231a:ホイールベース 230b、231b:砥石部
230c、231c:ネジ穴
222:緩衝材
232:研削砥石
232a:ホイールベース 232b:緩衝材
240、241:ネジ
25:洗浄手段
W1:ウェーハ
W1a:表面 W1b:裏面 S:ストリート D:デバイス
W2:ウェーハ
W2a:表面 W2b:裏面 S:ストリート D:デバイス G:溝

Claims (8)

  1. ウェーハを保持する保持部と該保持部を支持して回転可能な保持部ベースとを備えた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ェーハを研削する砥石部がホイールベースに固定されて構成される研削砥石と、該ホイールベースを支持するホイールマウントと、該ホイールマウントを研削送りする研削送り手段と
    から少なくとも構成される研削装置を用いたウェーハの研削方法であって、
    該ホイールマウントと該ホイールベースとの間、該ホイールベースの内部または該チャックテーブルの内部に緩衝材を介在させる緩衝材装着工程と、
    該チャックテーブルにおいてウェーハを保持するウェーハ保持工程と、
    該チャックテーブルを回転させて該ウェーハを回転させ、該ホイールマウントを回転させると共に該ホイールマウントを研削送りして該研削砥石の砥石部を該ウェーハに接触させて研削を遂行する研削工程と
    から少なくとも構成されるウェーハの研削方法。
  2. 前記緩衝部材はゴムシートであり、該ゴムシートのJIS規格HS硬度は、20より大きく80より小さい請求項1に記載のウェーハの研削方法。
  3. 前記ホイールマウントの研削送り速度は、0.1μm/秒〜15μm/秒であり、前記チャックテーブルの回転速度は10rpm〜400rpmであり、前記研削砥石の回転速度は1000rpm〜7200rpmである請求項1または2に記載のウェーハの研削方法。
  4. 前記ウェーハの表面にはストリートに区画されて複数のデバイスが形成され、該表面には保護部材が貼着され、
    前記ウェーハ保持工程においては該保護部材側が前記チャックテーブルに保持され、
    前記研削工程において、該ウェーハの裏面が研削される請求項1、2または3に記載のウェーハの研削方法。
  5. 前記ウェーハの表面にはストリートに区画されて複数のデバイスが形成され、該ストリートには所定深さの溝が形成されており、
    前記研削工程においては、該ウェーハの表面に形成された溝が裏面から表出するまで該裏面を研削する請求項1、2または3に記載のウェーハの研削方法。
  6. 前記ウェーハはシリコンウェーハである請求項1乃至5のいずれかに記載のウェーハの研削方法。
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載のウェーハの研削方法において用いる研削砥石であって、
    ホイールベースと砥石部とを備え、該ホイールベースのホイールマウントに装着される側に緩衝材が配設されて構成される研削砥石。
  8. 請求項1乃至6のいずれかに記載のウェーハの研削方法において用いる研削砥石であって、
    ホイールベースと砥石部とを備え、該ホイールベースが緩衝材を挟持して構成される研削砥石。
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