JP5907797B2

JP5907797B2 - ウエーハの加工方法

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Publication number: JP5907797B2
Application number: JP2012105404A
Authority: JP
Inventors: 一弘久保田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2032-05-02
Also published as: JP2013235876A

Description

本発明は、表面に複数のデバイスが形成されたウエーハにゲッタリング効果を付与するウエーハの加工方法に関する。

半導体デバイスウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを所定の厚みへと薄化するのに研削装置が広く利用されている。研削装置は、ダイアモンドやＣＢＮ（ＣｕｂｉｃＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅ）等の砥粒を含む研削砥石を有しており、この研削砥石でウエーハを研削して所定の厚みにウエーハを薄化する。

しかし、研削砥石でウエーハを研削するとウエーハには研削歪が生成される。研削歪がウエーハに生成されると、ウエーハの抗折強度が低下して破損するリスクが上昇する。そこで、例えば、特開２００２−１８３２１１号公報に開示されるようなドライポリッシュやＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の研磨を研削後のウエーハに施して研削歪を除去している。

しかし、研削歪が除去されたウエーハではゲッタリング効果が消失してしまうという問題がある。ゲッタリング効果とは、半導体デバイスウエーハや光デバイスウエーハ等の製造工程中、これらのウエーハに含有された重金属を主とする不純物をウエーハのデバイスの形成されたデバイス領域以外の領域で補足して、デバイスを不純物による汚染から守る効果である。

デバイス形成領域以外の領域で不純物を捕獲するサイトとして研削歪が活用される。ゲッタリング効果によってデバイスが不純物で汚染されることなく、結晶欠陥の発生や電気特性の劣化といった不具合が抑制され、デバイス特性の安定化や性能の向上が図られている（例えば、特開平１０−７００９９号公報及び特開２００５−９３８６９号公報参照）。

そこで、研削歪が除去されたウエーハにゲッタリング効果を付与する方法として、砥粒が混入された液体にウエーハを浸漬し、超音波を付与してウエーハの裏面に歪層を形成する方法が特開２００６−３０３２２３号公報で提案されている。

特開２００２−１８３２１１号公報特開平１０−７００９９号公報特開２００５−９３８６９号公報特開２００６−３０３２２３号公報

しかし、上述した特許文献４に開示された方法では、ゲッタリング効果を付与するためのダイアモンド砥粒が必要となるため、非経済的で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、従来に比べてより経済的にウエーハにゲッタリング効果を付与できる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、表面に複数のデバイスが形成されたウエーハにゲッタリング効果を付与するウエーハの加工方法であって、研削手段とウエーハとに研削液を供給しつつ該研削手段でウエーハの裏面を研削して所定厚みへ薄化する研削ステップと、該研削ステップを実施した後、ウエーハの裏面を研磨して該研削ステップで生成された研削歪を除去する研磨ステップと、該研削ステップで生成された加工排液から加工屑を分離する加工屑分離ステップと、該研磨ステップを実施した後、該加工屑分離ステップで分離された加工屑を高圧でウエーハの裏面に噴射してウエーハの裏面に歪層を形成する歪層形成ステップと、を備えたことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

ウエーハの研削で生成される加工屑は、主に、ウエーハが破砕されたウエーハ屑と研削砥石から脱粒した砥粒や研削砥石のボンド剤から構成される。本発明のウエーハの加工方法では、これらの加工屑でウエーハの裏面に歪層を形成するため、歪層の形成に別途砥粒を必要としない。よって、従来に比べてより経済的である。また、研削で生成された加工廃液を再利用するため、環境にも優しいという効果がある。

本発明のウエーハの加工方法を実施するのに適した加工装置の斜視図である。研磨ユニットの背面側斜視図である。半導体ウエーハの表面側斜視図である。表面に表面保護テープが貼着された半導体ウエーハの裏面側斜視図である。研磨ステップを示す斜視図である。歪層形成ステップを示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の加工方法を実施するのに適した加工装置２の斜視図が示されている。加工装置２は、略直方体形状の装置ハウジング４を具備している。装置ハウジング４の右上端には、コラム６が立設されている。

コラム６の内周面には、上下方向に伸びる二対の案内レール８及び１０が設けられている。一方の案内レール８には粗研削ユニット１２が粗研削ユニット送り機構１４により上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に装着されており、他方の案内レール１０には仕上げ研削ユニット１６が仕上げ研削ユニット送り機構１８により上下方向に移動可能に装着されている。

粗研削ユニット１２は、ユニットハウジング２０と、ユニットハウジング２０中に回転自在に収容されたスピンドル２２と、スピンドル２２の先端に固定されたホイールマウント２４と、ホイールマウント２４の先端に着脱自在に装着された粗研削砥石を有する粗研削ホイール２６と、スピンドル２２を回転駆動するモータ３２とを含んでいる。

仕上げ研削ユニット１６は、ユニットハウジング３４と、ユニットハウジング３４内に回転可能に収容されたスピンドル３６と、スピンドル３６の先端に固定されたホイールマウント３８と、ホイールマウント３８に着脱可能に装着された仕上げ研削砥石を有する仕上げ研削ホイール４０と、スピンドル３６を回転駆動するモータ４６とを含んでいる。

加工装置２は、コラム６の前側において装置ハウジング４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４８を具備している。ターンテーブル４８は比較的大径の円板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４９で示す方向に回転される。ターンテーブル４８には、互いに円周方向に９０度離間して４個のチャックテーブル５０が水平面内で回転可能に配置されている。

ターンテーブル４８に配設された４個のチャックテーブル５０は、ターンテーブル４８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、研磨加工領域Ｄ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

研磨加工領域Ｄには研磨ユニット５２が配設されている。研磨ユニット５２は、図２に示すように、装置ハウジング４上に固定された静止ブロック５４と、静止ブロック５４に装着されてＸ軸移動機構５８によりＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動ブロック５６と、Ｘ軸移動ブロック５６に装着されてＺ軸移動機構６２によりＺ軸方向に移動可能なＺ軸移動ブロック６０とを含んでいる。

Ｚ軸移動ブロック６０にはユニットハウジング６４が配設されており、ユニットハウジング６４中には、スピンドル６６が回転可能に収容されている。スピンドル６６の先端にはホイールマウント６８が固定されており、このホイールマウント６８に対してねじ６９で着脱自在に研磨ホイール７０が装着されている。

研磨ホイール７０は、ホイールマウント６８に装着される基台７２と、基台７２に貼着された研磨パッド７４とから構成される。研磨パッド７４は、例えばポリウレタンやフェルト、不織布等から形成されている。

加工装置２のハウジング４の前方側には、加工前のウエーハをストックする第１のカセット９０と、加工後のウエーハをストックする第２のカセット９２が着脱可能に装着される。

９４はウエーハ搬送ロボットであり、第１のカセット９０内に収容されたウエーハを仮置きテーブル９６に搬出するとともに、スピンナ洗浄ユニット１００で洗浄された加工後のウエーハを第２のカセット９２に搬送する。

９８は、仮置きテーブル９６から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５０に搬入したり、チャックテーブル５０から加工後のウエーハを吸着してスピンナ洗浄ユニット１００まで搬送するウエーハ搬送ユニットであり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能である。

スピンナ洗浄ユニット１００は回転可能なスピンナテーブル１０２を有している。スピンナ洗浄ユニット１００は更に、スピンナテーブル１０２に保持されている加工後のウエーハに洗浄水を供給する洗浄水供給ノズル１０４を有している。

８２は加工により生成された加工屑を含んだ排液を排出する排液口であり、排液口８２は加工屑分離ユニット７８に接続されている。加工屑分離ユニット７８は排液中から加工屑を分離する機能を有している。更に、加工屑分離ユニット７８は分離された加工屑を加工屑噴射ノズル８８に高圧で供給する高圧ポンプを内蔵している。加工屑噴出ノズル８０は回動可能に構成されている。

図３を参照すると、本発明の加工方法の加工対象となる半導体ウエーハ１１の斜視図が示されている。図３に示す半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数の分割予定ライン（ストリート）１３が格子状に形成されているとともに、複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域に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、半導体デバイス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。また、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。

本発明の加工方法では、半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する前に、半導体ウエーハ１１の表面１１ａには、図４に示すように、表面１１ａに形成された半導体デバイス１５を保護するために表面保護テープ２３が貼着される。

従って、半導体ウエーハ１１の表面１１ａは、表面保護テープ２３によって保護され、図４に示すように裏面１１ｂが露出する形態となる。表面保護テープ２３に代わって半導体ウエーハ１１の表面にサポートプレートを貼着してもよい。

次に、本発明実施形態に係るウエーハの加工方法について詳細に説明する。第１のウエーハカセット９０に収容されたウエーハ１１は、ウエーハ搬送ロボット９４により第１のカセット９０から引き出されて仮置きテーブル９６まで搬送され、仮置きテーブル９６で半導体ウエーハ１１の中心出しが実施される。

次いで、ウエーハ搬送ユニット９８により吸着された半導体ウエーハ１１がウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられたチャックテーブル５０に搬送され、表面保護テープ２３を下側にしてチャックテーブル５０により吸引保持される。

半導体ウエーハ１１をチャックテーブル５０で吸引保持した後、ターンテーブル４８を矢印４９で示す時計回り方向に９０度回転して、チャックテーブル５０に保持された半導体ウエーハ１１が粗研削ユニット１２に対向する粗研削加工領域Ｂに位置付ける。

半導体ウエーハ１１の粗研削では、このように位置付けられた半導体ウエーハ１１に対してチャックテーブル５０を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２６をチャックテーブル５０と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、粗研削ユニット送り機構１４を作動して粗研削用の研削砥石を半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール２６を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂの粗研削を実施する。この粗研削は研削砥石とウエーハ１１に研削液を供給しながら実施される。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハ１１の厚みを測定しながらウエーハ１１を所望の厚みに研削する。

粗研削が終了すると、ターンテーブル４８を時計回り方向に更に９０度回転して、粗研削の終了したウエーハ１１を仕上げ研削加工領域Ｃに位置付ける。この仕上げ研削では、チャックテーブル５０を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール４０をチャックテーブル５０と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、仕上げ研削ユニット送り機構１８を作動して仕上げ研削用の研削砥石をウエーハ１１の裏面に接触させる。

そして、研削ホイール４０を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ウエーハ１１の裏面研削を実施する。この仕上げ研削も研削砥石とウエーハ１１に研削液を供給しながら実施される。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによってウエーハ１１の厚みを測定しながらウエーハ１１を所望の厚み、例えば５０μｍに仕上げる。

仕上げ研削の終了したウエーハ１１を保持したチャックテーブル５０は、ターンテーブル４８を時計回り方向に更に９０度回転することにより、研磨ユニット５２に対向する研磨加工領域Ｄに位置付けられ、研磨ステップが実施される。

研磨ステップでは、図５に示すように、研磨液供給ノズル７６から研磨液７７を供給しながら、チャックテーブル５０を矢印ａ方向に回転するとともに研磨パッド７４を矢印ｂ方向に回転しながら、ウエーハ１１の裏面１１ｂに研磨パッド７４を押し付けてウエーハ１１の裏面１１ｂの研磨を実施する。この研磨ステップにより、研削ステップで生成された研削歪が除去される。

この研磨ステップでは、砥粒入りの研磨液を半導体ウエーハ１１に供給しつつウエーハ１１の裏面１１ｂを研磨して研削歪を除去する。研磨液としては、例えばコロイダルシリカ粒子（一次粒子径が５〜１００ｎｍ程度）を含むアルカリ性研磨液が使用される。

研磨ステップの他の実施形態として、砥粒が分散された固定砥粒パッドを使用し、研磨液として砥粒を含まないアルカリ性溶液を半導体ウエーハ１１に供給しつつウエーハ１１の裏面１１ｂを研磨して研削歪を除去するようにしてもよい。

本発明のウエーハの加工方法では、研磨ステップ実施後、研磨加工領域Ｄでウエーハ１１の裏面１１ｂに歪層を形成する歪層形成ステップを実施する。この歪層形成ステップを実施する前に、図２に示す研磨ユニット５２のスピンドル６６をＺ軸方向に移動して、研磨パッド７４をウエーハ１１の裏面１１ｂから上昇させる。

そして、加工屑分離ユニット７８で排液中から分離した加工屑を、図６に示すように、加工屑噴射ノズル８０から高圧でウエーハ１１の裏面１１ｂに噴射して、ウエーハ１１の裏面１１ｂに加工屑の衝撃により歪層を形成する歪層形成ステップを実施する。この歪層形成ステップを実施すると、ウエーハ１１にゲッタリング効果を付与することができる。

加工屑噴射ノズル８０から噴射される加工屑は、主に、ウエーハ１１が破砕されたウエーハ屑と研削砥石から脱粒した砥粒や研削砥石のボンド剤から構成される。これらの加工屑でウエーハ１１の裏面１１ｂに歪層を形成するため、別途ダイアモンド等の砥粒を必要としない。よって、従来に比べてより経済的にウエーハ１１にゲッタリング効果を付与することが出来る。

１１半導体ウエーハ
１２粗研削ユニット
１５デバイス
１６仕上げ研削ユニット
２３表面保護テープ
４８ターンテーブル
５０チャックテーブル
５２研磨ユニット
７４研磨パッド
７８加工屑分離ユニット
８０加工屑噴射ノズル

Claims

表面に複数のデバイスが形成されたウエーハにゲッタリング効果を付与するウエーハの加工方法であって、
研削手段とウエーハとに研削液を供給しつつ該研削手段でウエーハの裏面を研削して所定厚みへ薄化する研削ステップと、
該研削ステップを実施した後、ウエーハの裏面を研磨して該研削ステップで生成された研削歪を除去する研磨ステップと、
該研削ステップで生成された加工排液から加工屑を分離する加工屑分離ステップと、
該研磨ステップを実施した後、該加工屑分離ステップで分離された加工屑を高圧でウエーハの裏面に噴射してウエーハの裏面に歪層を形成する歪層形成ステップと、
を備えたことを特徴とするウエーハの加工方法。