JP5944581B2 - 半導体ウエハ研削装置、半導体ウエハの製造方法、及び半導体ウエハの研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ研削装置、半導体ウエハの製造方法、及び半導体ウエ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、半導体ウエハの主面に格子状の分割ラインによって複数の領域が区画され、これらの領域にＩＣやＬＳＩ等のデバイスが形成される。そして、半導体ウエハが分割ラインに沿って切断されることにより、半導体ウエハが個々の半導体チップ（デバイス）に分割される。半導体ウエハは、分割ラインに沿って分割される前に、主面と反対側の面が研削装置によって研削されて所定の厚みにされる（例えば、特許文献１参照）。

図７は従来の半導体ウエハ研削装置の側面図である。図７に示すように、従来の半導体ウエハ研削装置は、半導体ウエハＷを回転させるステージ１０１と、ステージ１０１に対向する研削ホイール１０２とを備える。研削ホイール１０２は半導体ウエハＷよりも若干小さい径を有し、ステージ１０１と対向する面の周縁部に沿って複数の砥石１０３が設けられている。半導体ウエハＷをステージ１０１上に固定し、ステージ１０１を軸線周りに回転させ、研削ホイール１０２を中心軸周りに回転させながら砥石１０３を半導体ウエハＷの被研削面Ｗａに押し当てることにより被研削面Ｗａをラッピング（研削）する。その後、被研削面Ｗａをエッチングして加工歪みを除去した後、被研削面Ｗａをポリッシングして鏡面状に仕上げる。

特開平１０−１５６６７９号公報

従来の半導体ウエハ研削装置では、ポリッシング工程に時間がかかるという問題点があった。図８を参照してその問題点を説明する。図８は従来の半導体ウエハ研削装置で研削した半導体ウエハＷの被研削面Ｗａの模式図である。

従来の半導体ウエハ研削装置では、砥石１０３が被研削面Ｗａの中心部を中心にして螺旋状の軌跡を描くように移動するため、被研削面Ｗａに微細な螺旋状の研削溝Ｗｂが発生する場合がある。その場合、ポリッシング工程では、この研削溝Ｗｂを消すために、研磨スラリーによるポリッシングを行う前に、ダイヤモンド砥粒によるポリッシングを行わなければならない。したがって、被研削面Ｗａに研削溝Ｗｂが発生しない場合と比べるとポリッシング工程の時間が長くなり、半導体ウエハＷの生産性が低下するという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みて創案されたものであり、その目的は、半導体ウエハの被研削面における研削溝の発生を抑制し、半導体ウエハの生産性を向上させることができる半導体ウエハ研削装置、半導体ウエハの製造方法、及び半導体ウエハの研削方法を提供することにある。

本発明の第１の態様は、半導体ウエハの被研削面を研削する半導体ウエハ研削装置であって、研削ホイールと、前記研削ホイールを中心軸周りに回転駆動する第１駆動手段と、前記半導体ウエハを支持するとともに、前記研削ホイールの中心軸と平行且つ前記中心軸に対して偏心した軸線周りに回転可能なウエハ支持具と、前記ウエハ支持具を回転駆動する第２駆動手段とを備え、前記研削ホイールは、前記ウエハ支持具に対向する主面に設けられた複数の砥石を備え、前記ウエハ支持具は、前記半導体ウエハの前記被研削面が前記研削ホイールの前記主面に対向するように前記半導体ウエハを支持し、前記複数の砥石の各々は、前記研削ホイールの中心から放射状に延びるとともに、前記半導体ウエハの前記被研削面を横断するように形成されている。

第１の態様に係る半導体ウエハ研削装置によれば、砥石が半導体ウエハの被研削面を横断した状態で被研削面と平行に移動して被研削面を研削するため、被研削面における研削溝の発生を抑制できる。したがって、ダイヤモンド砥粒によるポリッシングを行う必要が無くなり、半導体ウエハの生産性を向上させることができる。

ある実施形態において、前記ウエハ支持具は複数の前記半導体ウエハを支持するように形成されている、この場合、複数の半導体ウエハを同時研削できるため、半導体ウエハの生産性が向上する。

ある実施形態において、前記半導体ウエハ研削装置は、前記ウエハ支持具を複数備えている。この場合、複数の半導体ウエハを同時研削できるため、半導体ウエハの生産性が向上する。

また、本発明の第２の態様は、インゴットを切断して半導体ウエハを得る切断工程と、前記半導体ウエハの被研削面を研削するラッピング工程と、前記被研削面を研磨するポリッシング工程とを包含し、前記ラッピング工程において、第１の態様に係る半導体ウエハ研削装置を使用し、前記研削ホイールと前記ウエハ支持具とを回転させながら前記被研削面を研削する半導体ウエハの製造方法である。

第２の態様に係る半導体ウエハの製造方法によれば、ラッピング工程において、半導体ウエハの被研削面における研削溝の発生を抑制することができる。したがって、ポリッシング工程において、ダイヤモンド砥粒によるポリッシングを行う必要が無くなるため、半導体ウエハの生産性が向上する。

なお、前記ラッピング工程において、前記研削ホイールと前記ウエハ支持具とを同じ方向に回転させながら前記被研削面を研削することが好ましい。研削ホイールとウエハ支持具とが逆方向に回転する場合と比べて無理な力が被研削面にかかりにくいため、被研削面を美麗に仕上げることができるからである。

また、本発明の第３の態様は、半導体ウエハの研削方法であって、第１の態様に係る半導体ウエハ研削装置を使用し、前記研削ホイールと前記ウエハ支持具とを回転させながら前記被研削面を研削する半導体ウエハの研削方法である。

第３の態様に係る半導体ウエハの研削方法によれば、半導体ウエハの被研削面における研削溝の発生を抑制することができる。したがって、ポリッシング工程において、ダイヤモンド砥粒によるポリッシングを行う必要が無くなるため、半導体ウエハの生産性が向上する。

本発明によれば、半導体ウエハの被研削面における研削溝の発生を抑制し、半導体ウエハの生産性を向上させることができる。

半導体ウエハの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る半導体ウエハ研削装置の側面図である。 図２に示される半導体ウエハ研削装置の斜視図である。 図２に示される半導体ウエハ研削装置の研削ホイールの平面図である。 図２に示される半導体ウエハ研削装置のウエハ支持具の底面図である。 研削ホイールとウエハ支持具との位置関係を示す説明図である。 従来の半導体ウエハ研削装置の側面図である。 従来の半導体ウエハ研削装置で研削した半導体ウエハの被研削面の模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態の説明に先立って、図１を参照して半導体ウエハの製造方法を説明する。図１は半導体ウエハの製造方法を示すフローチャートである。

図１に示すように、まず、ステップＳ１０において、円柱状のインゴットを切断して円盤状の半導体ウエハを得る。ステップＳ１０は本発明の切断工程として機能する。次に、ステップＳ２０において、半導体ウエハの周縁部の割れや欠けを防ぐために、半導体ウエハの周縁部を面取りする。次に、ステップＳ３０において、半導体ウエハの主面と反対側の被研削面をラッピング（研削）して半導体ウエハを所定の厚みにする。ステップＳ３０は本発明のラッピング工程として機能する。次に、ステップＳ４０において、半導体ウエハをエッチングして、ラッピングにより発生した加工歪みを除去する。そして、ステップＳ５０において、半導体ウエハの被研削面をポリッシングして鏡面状にする。ステップＳ５０は本発明のポリッシング工程として機能する。最後に、ステップＳ６０において、半導体ウエハを薬液で洗浄してパーティクル等の不純物を除去する。なお、ステップＳ２０、ステップＳ４０、及びステップＳ６０のうちの少なくとも１つが省略される場合もある。

本実施形態の半導体ウエハ研削装置は、例えば図１のステップＳ３０のラッピング工程において使用される。図２〜図４を参照して、本発明の実施形態に係る半導体ウエハ研削装置について説明する。図２は本発明の実施形態に係る半導体ウエハ研削装置１の側面図であり、図３は半導体ウエハ研削装置１の斜視図であり、図４は半導体ウエハ研削装置１の研削ホイール１０の平面図であり、図５は半導体ウエハ研削装置１のウエハ支持具３０の底面図である。

図２及び図３に示すように、半導体ウエハ研削装置１は、研削ホイール１０と、第１駆動手段としての第１駆動機構２０と、一対のウエハ支持具３０と、第２駆動手段としての第２駆動機構４０とを備える。

研削ホイール１０はホイール本体１１とシャフト１２とを備える。図４に示すように、ホイール本体１１は円盤状に形成され、中心にシャフト１２が嵌合する貫通孔１１ａが形成されている。ホイール本体１１のウエハ支持具３０に対向する主面１１ｂには複数の砥石１３が設けられている。複数の砥石１３はホイール本体１１の中心から放射状に延びるように設けられ、主面１１ｂからシャフト１２の中心軸１４（図２参照）の方向に若干量突出している。

第１駆動機構２０は、モータや減速機構等によって構成され、研削ホイール１０を中心軸１４周りに回転駆動する。

ウエハ支持具３０はホルダー３１と支軸３２とを備える。図５に示すように、ホルダー３１は円盤状に形成され、研削ホイール１０の主面１１ｂに対向する主面３１ａを有する。支軸３２はホルダー３１の主面３１ａと反対側の面の中心部に垂直に固定されている。支軸３２の軸線３３（図２参照）は、研削ホイール１０の中心軸１４と平行且つ中心軸１４に対して偏心している。

ホルダー３１の主面３１ａには複数の半導体ウエハＷが固定手段を介して着脱可能に支持される。固定手段としては、例えば、ワックスや接着剤を用いることができる。複数の半導体ウエハＷは、支軸３２の軸線３３周りに所定の角度間隔をおいて主面３１ａに固定され、被研削面Ｗａが研削ホイール１０の主面１１ａに対向する。ウエハ支持具３０は、昇降機構（図示せず）によって軸線３３の方向に昇降可能となっており、半導体ウエハＷが砥石１３に当接する加工位置と半導体ウエハＷが砥石１３から離間する退避位置とをとることができる。

第２駆動機構４０は、モータや減速機構等によって構成され、ウエハ支持具３０を軸線３３周りに回転駆動する。

次に、図６を参照して、半導体ウエハ研削装置１によって半導体ウエハＷを研削する方法について説明する。図６は研削ホイール１０とウエハ支持具３０との位置関係を示す説明図である。

一対のウエハ支持具３０（図３参照）が退避位置にある状態で一対のウエハ支持具３０の主面３１ａ（図５参照）に治具（図示せず）を用いて複数の半導体ウエハＷを固定する。

次に、昇降機構によって一対のウエハ支持具３０を下降させて加工位置に位置させる。そして、第１駆動機構２０によって研削ホイール１０を回転駆動し、第２駆動機構４０によって一対のウエハ支持具３０を研削ホイール１０と同じ方向に回転駆動する。

なお、研削ホイール１０とウエハ支持具３０とを同じ方向に回転駆動することによって、研削ホイール１０とウエハ支持具３０とが逆方向に回転する場合と比べて無理な力が被研削面Ｗａにかかりにくくなり、被研削面Ｗａを美麗に仕上げることができる。

複数の砥石１３は、複数の半導体ウエハＷの被研削面Ｗａに摺接して被研削面Ｗａを研削する。複数の砥石１３の各々は、半導体ウエハＷの被研削面Ｗａを横断した状態で被研削面Ｗａと平行に移動して被研削面Ｗａを研削する。したがって、図８に示すような研削溝Ｗｂが被研削面Ｗａに発生することを抑制でき、被研削面Ｗａを美麗に仕上げることができる。その理由を以下に詳述する。

図７に示す従来の半導体研ウエハ研削装置は、いわゆる亀裂伝播型の材料除去によって被研削面Ｗａを研削する。この場合、特に半導体ウエハＷが脆性材料（シリコン、ガラス等）で形成される場合に、被研削面Ｗａに亀裂が残留しやすく、美麗な仕上面が得られにくいとともに、半導体ウエハの強度も低下する。

一方、本実施形態の半導体ウエハ研削装置１は、限りなく塑性変形型の材料除去に近い加工方法によって被研削面Ｗａを研削する。すなわち、複数の放射状の砥石１３が被研削面Ｗａを横断した状態で被研削面Ｗａ上を摺動するため、砥石１３と被研削面Ｗａとの摩擦によって被研削面Ｗａの温度が上昇し、降伏応力が低下するとともに破壊靱性値が上昇する。その結果、亀裂伝播が抑制され、砥石１３による切り込みが浅くなるとともに、ダメージ分布が浅く均一になるため、被研削面Ｗａを美麗に仕上げることができる。

したがって、次のポリッシング工程では、研削溝Ｗｂを消すためのダイヤモンド砥粒によるポリッシングを行う必要がないため、被研削面Ｗａに研削溝Ｗｂが発生する場合と比べるとポリッシング工程の時間が短くなる。その結果、半導体ウエハＷの生産性が向上する。

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明は図１〜図６に示される実施形態に限定されるものではなく、本実施形態に種々の改変を施すことができる。

例えば、本実施形態では、半導体ウエハ研削装置が一対のウエハ支持具を備える場合について説明したが、ウエハ支持具は1つ又は３つ以上であってもよい。

また、本実施形態では、ウエハ支持具に４つの半導体ウエハが支持される場合について説明したが、ウエハ支持具に支持される半導体ウエハは３つ以下又は５つ以上であってもよい。

また、本実施形態では、ウエハ支持具と研削ホイールとを同じ方向に回転させる場合について説明したが、ウエハ支持具と研削ホイールとを別の方向に回転させてもよい。

その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で本実施形態に種々の改変を施すことができる。

１ 半導体ウエハ研削装置
１０ 研削ホイール
１０ｂ 主面
１３ 砥石
２０ 第１駆動機構（第１駆動手段）
３０ ウエハ支持具
４０ 第２駆動機構（第２駆動手段）
Ｗ 半導体ウエハ
Ｗａ 被研削面

Claims (8)

1. 半導体ウエハの被研削面を研削する半導体ウエハ研削装置であって、
   研削ホイールと、
   前記研削ホイールを中心軸周りに回転駆動する第１駆動手段と、
   前記半導体ウエハを支持するとともに、前記研削ホイールの中心軸と平行且つ前記中心軸に対して偏心した軸線周りに回転可能なウエハ支持具と、
   前記ウエハ支持具を回転駆動する第２駆動手段と
   を備え、
   前記研削ホイールは、前記ウエハ支持具に対向する主面に設けられた複数の砥石を備え、
   前記ウエハ支持具は、複数の前記半導体ウエハを支持すると共に、複数の前記半導体ウエハの前記被研削面が、それぞれ、前記研削ホイールの前記主面に対向するように複数の前記半導体ウエハを支持し、
   前記複数の砥石は、前記研削ホイールの中心から放射状に延びるとともに、前記複数の砥石は、それぞれ、前記主面における前記半導体ウエハの前記被研削面に対向する領域を横断するように形成されている、半導体ウエハ研削装置。
2. 前記ウエハ支持具を複数備える、請求項１に記載の半導体ウエハ研削装置。
3. インゴットを切断して半導体ウエハを得る切断工程と、
   前記半導体ウエハの被研削面を研削するラッピング工程と、
   前記被研削面を研磨するポリッシング工程と
   を包含し、
   前記ラッピング工程において、請求項１又は請求項２に記載の半導体ウエハ研削装置を使用し、前記研削ホイールと前記ウエハ支持具とを回転させながら前記被研削面を研削する、半導体ウエハの製造方法。
4. 前記ラッピング工程において、前記研削ホイールと前記ウエハ支持具とを同じ方向に回転させながら前記被研削面を研削する、請求項３に記載の半導体ウエハの製造方法。
5. 半導体ウエハの研削方法であって、
   請求項１又は請求項２に記載の半導体ウエハ研削装置を使用し、前記研削ホイールと前記ウエハ支持具とを回転させながら前記被研削面を研削する、半導体ウエハの研削方法。
6. 複数の前記ウエハ支持具は、前記研削ホイールの中心軸に対して対称な位置に配置される、請求項２に記載の半導体ウエハ研削装置。
7. 前記第２駆動手段は、前記ウエハ支持具を、前記研削ホイールの回転方向と同一の方向に回転駆動する、請求項１、請求項２、及び、請求項６のいずれか１項に記載の半導体ウエハ研削装置。
8. 前記ウエハ支持具は、ホルダーと、支軸とを備え、
   前記第２駆動手段は、前記支軸を回転駆動し、
   前記ホルダーは、前記研削ホイールの主面に対向する主面を有し、
   前記支軸は前記ホルダーの主面と反対側の面の中心部に垂直に固定され、
   前記ホルダーの前記主面は、複数の前記半導体ウエハを支持する、請求項１、請求項２、請求項６及び、請求項７のいずれか１項に記載の半導体ウエハ研削装置。

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