特許 6791579 ウェーハ及びウェーハの加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6791579

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】ウェーハ及びウェーハの加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20201116BHJP

   B24B 7/04 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/304 631

   B24B7/04 A

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-176879(P2016-176879)

(22)【出願日】2016年9月9日

(65)【公開番号】特開2018-41915(P2018-41915A)

(43)【公開日】2018年3月15日

【審査請求日】2019年7月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100172281

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100206553

【弁理士】

【氏名又は名称】笠原 崇廣

(72)【発明者】

【氏名】西原 亮輔

(72)【発明者】

【氏名】小出 純

(72)【発明者】

【氏名】辻本 浩平

(72)【発明者】

【氏名】松澤 稔

【審査官】 鈴木 孝章

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５３０１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３８７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２３４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４５９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００４８３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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む外周余剰領域とを表面側に備えたウェーハの加工方法であって、
ウェーハよりも直径の小さい研削ホイールでウェーハの該デバイス領域に対応する裏面側を研削し、該デバイス領域に対応する第１部分と該第１部分を囲み該第１部分よりも厚く裏面側に突出する環状の第２部分とを形成する第１研削ステップと、
該第１研削ステップで使用された研削ホイールとは異なる研削ホイールで該第１部分の一部を更に研削し、該第１部分の裏面よりも滑らかな底を持つ凹部を形成する第２研削ステップと、を含み、
該第１研削ステップでは、該第１部分の該裏面と該第２部分の内側の側面とが、４５°より大きく７５°より小さい角度をなすように該研削ホイールとウェーハとを相対的に移動させることを特徴とするウェーハの加工方法。

【請求項2】

該第２研削ステップでは、該研削ホイールとウェーハとを鉛直方向にのみ相対的に移動させることを特徴とする請求項１に記載のウェーハの加工方法。

【請求項3】

該第２研削ステップでは、該研削ホイールとウェーハとを水平方向及び鉛直方向から傾斜した方向に沿って相対的に移動させることを特徴とする請求項１に記載のウェーハの加工方法。

【請求項4】

該第１研削ステップでは、該第１部分の裏面と該第２部分の内側の側面とが、５５°以上７０°以下の角度をなすように該研削ホイールとウェーハとを相対的に移動させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のウェーハの加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェーハ及びウェーハの加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、小型軽量なデバイスチップを実現するために、シリコンやガリウムヒ素等の材料でなるウェーハを薄く加工することが求められている。ウェーハは、例えば、表面の分割予定ライン（ストリート）で区画される各領域にＩＣ等のデバイスが形成された後、所望の厚みとなるように裏面側を研削される。

【0003】

一方で、研削等によりウェーハを薄くすると、ウェーハの剛性は大幅に低下して後工程での取り扱いが難しくなる。そのため、デバイスが形成されたウェーハの中央部分のみを研削して外周部分の厚みを維持することで、研削後のウェーハにある程度の剛性を残す加工方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

この加工方法では、例えば、ウェーハより径の小さい研削ホイールを用いてウェーハの裏面側を研削し、中央部分を薄くする。ウェーハの剛性は、厚みが維持された外周部分によって保たれる。なお、この外周部分は、後に、中央部分との境界にレーザービームを照射する方法等を用いて分離、除去される（例えば、特許文献２参照）。

【0005】

ところで、中央部分の裏面と外周部分の内側の側面（中央部分側の側面）とが研削によって垂直になると、後のハンドリング等の際に外周部分の内側の縁が欠け易い。外周部分の内側の縁が欠けたウェーハにエッチング等の処理を施すと、欠けた領域から侵食が進んで、外周部分が脆くなってしまう。

【0006】

また、中央部分の裏面に対して外周部分の内側の側面が垂直になっていると、各種工程で使用される薬液（例えば、再配線層の形成に用いられるレジスト液）を外部に排出し難いという問題もある。そこで、近年では、中央部分の裏面に対して外周部分の内側の側面を傾斜させる加工方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００７−１９４６１号公報

【特許文献2】特開２００８−５３３４１号公報

【特許文献3】特開２０１１−５４８０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、中央部分の裏面に対して外周部分の内側の側面を単に傾斜させるだけでは、中央部分が狭くなって、デバイスの形成に必要なスペースを十分に確保できない。また、ウェーハを研削する際に、砥石との接触等によって外周部分の内側の縁が欠けてしまうことも多かった。

【0009】

本発明はかかる問題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、デバイスが形成される領域を広く確保しながら欠けの発生を抑制できるウェーハの加工方法、及びこのウェーハの加工方法で加工されたウェーハを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様によれば、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む外周余剰領域とを表面側に備えたウェーハの加工方法であって、ウェーハよりも直径の小さい研削ホイールでウェーハの該デバイス領域に対応する裏面側を研削し、該デバイス領域に対応する第１部分と該第１部分を囲み該第１部分よりも厚く裏面側に突出する環状の第２部分とを形成する第１研削ステップと、該第１研削ステップで使用された研削ホイールとは異なる研削ホイールで該第１部分の一部を更に研削し、該第１部分の裏面よりも滑らかな底を持つ凹部を形成する第２研削ステップと、を含み、該第１研削ステップでは、該第１部分の裏面と該第２部分の内側の側面とが、４５°より大きく７５°より小さい角度をなすように該研削ホイールとウェーハとを相対的に移動させるウェーハの加工方法が提供される。

【0011】

本発明の一態様において、該第２研削ステップでは、該研削ホイールとウェーハとを鉛直方向にのみ相対的に移動させることが好ましい。

【0012】

また、本発明の一態様において、該第２研削ステップでは、該研削ホイールとウェーハとを水平方向及び鉛直方向から傾斜した方向に沿って相対的に移動させることが好ましい。

【0013】

本発明の一態様において、該第１研削ステップでは、該第１部分の裏面と該第２部分の内側の側面とが、５５°以上７０°以下の角度をなすように該研削ホイールとウェーハとを相対的に移動させることが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一態様に係るウェーハの加工方法では、第１部分の裏面と第２部分の内側の側面とのなす角度が４５°より大きく７５°より小さくなるので、第１部分（デバイス領域）を広く確保しながら、欠けの発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１（Ａ）は、本実施形態に係るウェーハの加工方法で加工されるウェーハの構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、保護部材貼付ステップを模式的に示す斜視図である。

【図2】図２（Ａ）は、第１研削ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図２（Ｂ）は、第１研削ステップの後のウェーハの状態を模式的に示す一部断面側面図である。

【図3】図３（Ａ）は、第２研削ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図３（Ｂ）は、第２研削ステップの後のウェーハの状態を模式的に示す一部断面側面図である。

【図4】実験の結果を模式的に示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係るウェーハの加工方法は、保護部材貼付ステップ（図１（Ｂ）参照）、第１研削ステップ（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）、及び第２研削ステップ（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）を含む。

【0017】

保護部材貼付ステップでは、複数のデバイスが形成されたデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とを有するウェーハの表面側に保護部材を貼付する。第１研削ステップでは、ウェーハよりも径の小さい研削ホイールを用いて、デバイス領域に対応するウェーハの裏面側を研削することで、薄い第１部分と、第１部分を囲む厚い第２部分とを形成する。

【0018】

なお、第１研削ステップでは、第１部分の裏面と第２部分の内側の側面とが４５°より大きく７５°より小さい角度をなすように、研削ホイールをウェーハに対して相対的に移動させる。第２研削ステップでは、第１研削ステップで使用した研削ホイールとは別の研削ホイールを用いて第１部分の裏面側を更に研削する。以下、本実施形態に係るウェーハの加工方法について詳述する。

【0019】

図１（Ａ）は、本実施形態に係るウェーハの加工方法で加工されるウェーハの構成例を模式的に示す斜視図である。図１（Ａ）に示すように、本実施形態で加工されるウェーハ１１は、シリコン（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体材料を用いて円盤状に形成されており、その表面１ａ側は、中央のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに分けられる。

【0020】

デバイス領域は、格子状に配列された分割予定ライン（ストリート）１３で更に複数の領域に区画されており、各領域には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。なお、本実施形態では、半導体材料でなる円盤状のウェーハ１１を用いるが、ウェーハ１１の材質、形状、構造等に制限はない。例えば、セラミックス、金属、樹脂等の材料でなるウェーハ１１を用いることもできる。同様に、デバイス１５の種類、数量、配置等にも制限はない。

【0021】

本実施形態に係るウェーハの加工方法では、まず、上述したウェーハ１１の表面１１ａ側に保護部材を貼付する保護部材貼付ステップを行う。図１（Ｂ）は、保護部材貼付ステップを模式的に示す斜視図である。保護部材２１は、例えば、ウェーハ１１と同等の径を持つ円形のフィルム（テープ）であり、その表面２１ａ側には、粘着力を有する糊層が設けられている。

【0022】

そのため、この表面２１ａ側を被加工物１１の表面１１ａ側に密着させれば、保護部材２１を被加工物１１に貼付できる。保護部材２１を貼付することで、後の第１研削ステップや第２研削ステップの際に加わる衝撃を緩和し、ウェーハ１１の表面１１ａ側に形成されたデバイス１５等を保護できる。

【0023】

保護部材貼付ステップの後には、デバイス領域に対応するウェーハ１１の裏面１１ｂ側を研削して、薄い第１部分と、第１部分を囲む厚い第２部分とを形成する第１研削ステップを行う。図２（Ａ）は、第１研削ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図２（Ｂ）は、第１研削ステップの後のウェーハ１１の状態を模式的に示す一部断面側面図である。

【0024】

第１研削ステップは、例えば、図２（Ａ）等に示す研削装置２を用いて行われる。研削装置２は、ウェーハ１１を吸引、保持するためのチャックテーブル４を備えている。チャックテーブル４は、モータ等を含む回転駆動源（不図示）に連結されており、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル４の下方には、移動機構（不図示）が設けられており、チャックテーブル４は、この移動機構で水平方向に移動する。

【0025】

チャックテーブル４の上面は、ウェーハ１１に貼付された保護部材２１の裏面２１ｂ側を吸引、保持する保持面４ａとなっている。保持面４ａは、チャックテーブル４の内部に形成された吸引路（不図示）等を通じて吸引源（不図示）に接続されている。吸引源の負圧を保持面４ａに作用させることで、ウェーハ１１は、保護部材２１を介してチャックテーブル４に吸引、保持される。

【0026】

チャックテーブル４の上方には、第１研削ユニット６が配置されている。第１研削ユニット６は、移動機構（不図示）に支持されたスピンドルハウジング（不図示）を備えている。このスピンドルハウジングは、移動機構によって水平方向及び鉛直方向に移動する。スピンドルハウジングには、スピンドル８が収容されており、スピンドル８の下端部には、円盤状のマウント１０が固定されている。

【0027】

マウント１０の下面には、マウント１０と概ね同じ径の研削ホイール１２が装着されている。研削ホイール１２は、ステンレス、アルミニウム等の金属材料で形成されたホイール基台１４を備えている。ホイール基台１４の下面には、複数の研削砥石１６が環状に配列されている。

【0028】

スピンドル８の上端側（基端側）には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。研削ホイール１２は、この回転駆動源で発生する回転力によって、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。第１研削ユニット６の内部又は近傍には、ウェーハ１１等に対して純水等の研削液を供給するためのノズル（不図示）が設けられている。

【0029】

第１研削ステップでは、まず、ウェーハ１１に貼付されている保護部材２１の裏面２１ｂ側をチャックテーブル４の保持面４ａに接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、ウェーハ１１は、裏面１１ｂ側が上方に露出した状態でチャックテーブル４に保持される。

【0030】

次に、チャックテーブル４を第１研削ユニット６の下方に移動させて、研削ホイール１２の端部（研削砥石１６の外側の側面）を、デバイス領域と外周余剰領域との境界に相当する位置に合わせる。そして、図２（Ａ）に示すように、チャックテーブル４と研削ホイール１２とをそれぞれ回転させて、研削液をウェーハ１１の裏面１１ｂ等に供給しながらスピンドルハウジング（スピンドル８、研削ホイール１２）を下降させる。

【0031】

スピンドルハウジングの下降速度（下降量）は、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側に研削砥石１６の下面が押し当てられる程度に調整される。併せて、スピンドルハウジング（スピンドル８）をウェーハ１１の中央に向かって水平に移動させる。つまり、水平方向及び鉛直方向から傾斜した方向に沿って研削ホイール１２とウェーハ１１とを相対的に移動させる。

【0032】

これにより、ウェーハ１１のデバイス領域に対応する裏面１１ｂ側を研削して、図２（Ｂ）に示すように、デバイス領域に対応する薄い第１部分１１ｃと、外周余剰領域に対応する厚い第２部分１１ｄとを形成できる。すなわち、第２部分１１ｄは、第１部分１１ｃを囲む環状に形成され、第１部分１１ｃよりもウェーハ１１の裏面１１ｂ側に突出する。

【0033】

第１部分１１ｃの裏面１１ｅと、第２部分１１ｄの内側（第１部分１１ｃ側）の側面１１ｆとは、研削ホイール１２とウェーハ１１との相対的な移動に応じた所定の角度θをなす。ここで、例えば、角度θが７５°以上になると、ウェーハ１１を研削する際に第２部分１１ｄの内側の縁が欠け易くなってしまう。

【0034】

一方で、角度θが４５°以下になると、ウェーハ１１を研削する際の水平方向の移動量が増えて、デバイス領域に対応する第１部分１１ｃを十分に広く確保できなくなる。そこで、本実施形態では、この角度θを、４５°より大きく７５°より小さい値に設定する。角度θは、５５°以上７０°以下の値に設定されるとより好ましい。これにより、第１部分を広く確保しながら、欠けの発生を抑制できる。

【0035】

第１研削ステップの後には、研削ホイール１２とは別の研削ホイールを用いて第１部分１１ｃの裏面１１ｅ側を更に研削する第２研削ステップを行う。図３（Ａ）は、第２研削ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図３（Ｂ）は、第２研削ステップの後のウェーハ１１の状態を模式的に示す一部断面側面図である。

【0036】

第２研削ステップは、引き続き研削装置２を用いて行われる。図３（Ａ）等に示すように、チャックテーブル４の上方には、第１研削ユニット６とは別の第２研削ユニット２６が配置されている。第２研削ユニット２６の構成は、第１研削ユニット６と同様である。すなわち、第２研削ユニット２６は、移動機構（不図示）に支持されたスピンドルハウジング（不図示）を備えている。スピンドルハウジングには、スピンドル２８が収容されており、スピンドル２８の下端部には、円盤状のマウント３０が固定されている。

【0037】

マウント３０の下面には、マウント３０と概ね同じ径の研削ホイール３２が装着されている。研削ホイール３２は、ステンレス、アルミニウム等の金属材料で形成されたホイール基台３４を備えている。ホイール基台３４の下面には、複数の研削砥石３６が環状に配列されている。なお、本実施形態の研削ホイール３２には、研削砥石１６に含まれる砥粒よりも粒形の小さい砥粒を含む研削砥石３６が使用される。

【0038】

スピンドル２８の上端側（基端側）には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。研削ホイール３２は、この回転駆動源で発生する回転力によって、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。第２研削ユニット２６の内部又は近傍には、ウェーハ１１等に対して純水等の研削液を供給するためのノズル（不図示）が設けられている。

【0039】

第２研削ステップでは、まず、チャックテーブル４を第２研削ユニット２６の下方に移動させて、研削ホイール３２の端部（研削砥石３６の外側の側面）を、第２部分１１ｄの内側の側面１１ｆよりも内側に合わせる。そして、図３（Ａ）に示すように、チャックテーブル４と研削ホイール３２とをそれぞれ回転させて、研削液をウェーハ１１の裏面１１ｂ等に供給しながらスピンドルハウジング（スピンドル２８、研削ホイール３２）を下降させる。

【0040】

スピンドルハウジングの下降速度（下降量）は、第１部分１１ｃの裏面１１ｅ側に研削砥石３６の下面が押し当てられる程度に調整される。これにより、ウェーハ１１の第１部分１１ｃを更に研削して、図３（Ｂ）に示すように、裏面１１ｅよりも滑らかな底を持つ凹部１１ｇを形成できる。

【0041】

次に、本実施形態に係るウェーハの研削方法の有効性を確認するために行った実験につて説明する。本実験では、まず、上述した第１研削ステップに従いウェーハを加工し、３０°〜９０°の範囲で角度θの値が異なる複数のウェーハを用意した。角度θを除く研削の条件は、次の通りである。なお、本実験では、実際にウェーハを研削する際の研削ホイールの下降速度を、第１速度から第３速度の３段階で変化させている。
スピンドルの回転数：４５００ｒｐｍ
チャックテーブルの回転数：３００ｒｐｍ
研削ホイールの下降速度（第１速度）：６．０μｍ／ｓ
研削ホイールの下降速度（第２速度）：３．０μｍ／ｓ
研削ホイールの下降速度（第３速度）：１．０μｍ／ｓ
研削液の供給量（第１ノズル）：４．０Ｌ／ｍｉｎ
研削液の供給量（第２ノズル）：３．０Ｌ／ｍｉｎ

【0042】

その後、各ウェーハに発生した欠け（チッピング）の数を確認した。図４は、本実験の結果を模式的に示すグラフである。なお、図４では、横軸を角度θの値、縦軸をチッピングの数として、角度θと、サイズが１００μｍ以上のチッピングの数との関係を表している。

【0043】

図４に示すように、角度θが７０°を超え７５°に達すると、チッピング数が大幅に増加してしまう。よって、角度θの値は、７５°未満に（７５°より小さく）する必要があり、７０°以下にするのが好ましいと言える。ただし、角度θの値が小さくなると、デバイス領域に対応する第１部分を十分に広く確保できなくなる。よって、角度θの値は、４５°より大きくすると良く、５５°以上にするのが好ましい。

【0044】

以上のように、本実施形態に係るウェーハの加工方法、及びこのウェーハの加工方法で加工されたウェーハでは、第１部分１１ｃの裏面１１ｅと第２部分１１ｄの内側の側面１１ｆとのなす角度が４５°より大きく７５°より小さくなるので、デバイス領域に対応する第１部分１１ｃを広く確保しながら、欠けの発生を抑制できる。

【0045】

なお、本発明は、上記実施形態の記載に制限されず種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態の第１研削ステップでは、研削ホイール１２を下降させる際に、研削ホイール１２とウェーハ１１とを水平方向及び鉛直方向から傾斜した方向に相対的に移動させて、角度θを形成しているが、本発明はこの態様に制限されない。

【0046】

例えば、研削ホイール１２を鉛直方向に下降させて、ウェーハ１１を研削した後、研削ホイール１２を上昇させる際に、研削ホイール１２とウェーハ１１とを水平方向及び鉛直方向から傾斜した方向に相対的に移動させて、角度θを形成しても良い。

【0047】

また、上記実施形態では、第１研削ステップとともに、保護部材貼付ステップ及び第２研削ステップを行っているが、本発明に係るウェーハの加工方法は、少なくとも第１研削ステップを含んでいれば良い。つまり、保護部材貼付ステップ及び第２研削ステップが不要な場合には、これらを省略できる。

【0048】

また、上記実施形態の第２研削ステップでは、研削ホイール３２とウェーハ１１とを鉛直方向にのみ相対的に移動させているが、第２研削ステップでも、水平方向及び鉛直方向から傾斜した方向に沿って研削ホイールとウェーハとを相対的に移動させて良い。

【0049】

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

【符号の説明】

【0050】

１１ ウェーハ
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１１ｃ 第１部分
１１ｄ 第２部分
１１ｅ 裏面
１１ｆ 側面
１１ｇ 凹部
１３ 分割予定ライン（ストリート）
１５ デバイス
２１ 保護部材
２１ａ 表面
２１ｂ 裏面
２ 研削装置
４ チャックテーブル
４ａ 保持面
６ 第１研削ユニット
８ スピンドル
１０ マウント
１２ 研削ホイール
１４ ホイール基台
１６ 研削砥石
２６ 第２研削ユニット
２８ スピンドル
３０ マウント
３２ 研削ホイール
３４ ホイール基台
３６ 研削砥石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】