JP2013004726A

JP2013004726A - 板状物の加工方法

Info

Publication number: JP2013004726A
Application number: JP2011134164A
Authority: JP
Inventors: Hideo Iwata; 秀夫岩田
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】板状物の更なる平坦化を可能とする板状物の加工方法を提供する。
【解決手段】板状物１１に研削砥石を当接して所定の厚みへと研削する研削ステップと、研削ステップを実施した後、研磨する板状物１１の直径より大きい直径を有する研磨パッドでチャックテーブル５０で保持された板状物１１を覆った状態で、研磨パッドとチャックテーブル５０とをそれぞれ回転させて板状物１１を研磨パッドで研磨し、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、研磨ステップを実施した後、研磨された板状物１１の厚みを半径方向に複数点測定して板状物の断面形状が凹状か凸状かを検出する板状物断面形状検出ステップと、板状物断面形状検出ステップで検出した板状物１１の断面形状に基づいて、チャックテーブル５０の保持面を僅かに傾斜させて研磨後の板状物１１が平坦化されるように調整する保持面傾き調整ステップと、を具備した。
【選択図】図１４

Description

本発明は、複数の板状物に連続して研削及び研磨加工を施す板状物の加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くの半導体デバイスが表面に形成され、且つ個々の半導体デバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハ、又は数多くの光デバイスが表面に形成された光デバイスウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、ダイシング装置又はレーザ加工装置によって分割予定ラインに沿って加工されて個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に広く利用されている。

ウエーハの裏面を研削する研削装置は、ウエーハを保持する保持面を備え回転可能なチャックテーブルと、チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削ホイールを回転可能に装着した研削手段と、研削手段をチャックテーブルの保持面に対して垂直方向に接近及び離反させる研削送り手段とから少なくとも構成されていて、ウエーハを所定の厚みに研削することができる。

研削装置によってウエーハの裏面を研削すると、裏面に研削痕が残存するとともに微細なクラックが形成され、ダイシング装置によってダイシングされたデバイスの抗折強度を低下させるという問題がある。

そこで、例えば特開平８−９９２６５号公報に開示されるような研磨装置を使用してウエーハの裏面を研磨することにより、研削痕及び微細なクラックを除去してデバイスの抗折強度を向上させることが行われている。また、一台の装置で研削及び研磨を連続して実施できる加工装置が特開２００５−１５３０９０号公報で開示されている。

この加工装置は、ウエーハを所定の厚みへと研削する研削ユニットと、研削でウエーハに生成された研削歪を除去する研磨ユニットとを備えている。ウエーハはカセットに複数枚収容されて加工装置に投入され、複数のウエーハが連続して研削及び研磨される。

特開平８−９９２６５号公報特開２００５−１５３０９０号公報

ところで、研削及び研磨されたウエーハには、例えば１．５μｍ程度の僅かな厚みばらつきが生じる。最近のデバイスは益々薄くなる傾向にあり、研削及び研磨された半導体ウエーハも５０μｍ程度と薄くなってきており、僅かな厚みばらつきも望ましくない。通常、研削及び研磨されたウエーハは、中央部分が外周部分に比べて厚くなる所謂中凸形状か、中央部分が外周部分に比べて薄くなる所謂中凹形状となる傾向がある。

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、ウエーハ等の板状物の更なる平坦化を可能とする板状物の加工方法を提供することである。

本発明によると、複数の板状物を連続して研削、研磨して平坦化する板状物の加工方法であって、板状物を保持する保持面を有する回転可能なチャックテーブルで板状物を保持する板状物保持ステップと、該チャックテーブルで板状物を保持した後、該チャックテーブルを回転させるとともに研削砥石が装着された研削ホイールを回転させつつ該チャックテーブルで保持された板状物に該研削砥石を当接して板状物を所定の厚みへと研削する研削ステップと、該研削ステップを実施した後、研磨する板状物の直径より大きい直径を有する研磨パッドで該チャックテーブルで保持された板状物を覆った状態で、該研磨パッドと該チャックテーブルとをそれぞれ回転させて板状物を該研磨パッドで研磨し、該研削ステップで板状物に生成された研削歪を除去する研磨ステップと、該研磨ステップを実施した後、研磨された板状物の厚みを半径方向に複数点測定して板状物の断面形状が凹状か凸状かを検出する板状物断面形状検出ステップと、該板状物断面形状検出ステップで検出した板状物の断面形状に基づいて、該チャックテーブルの該保持面を僅かに傾斜させて研磨後の板状物が平坦化されるように調整する保持面傾き調整ステップと、を具備したことを特徴とする板状物の加工方法が提供される。

本発明の板状物の加工方法によると、研削及び研磨後の板状物の厚みを半径方向の複数点で測定して板状物の断面形状を検出し、板状物の断面形状に基づいて次の板状物を研削する前にチャックテーブルの傾きを調整するため、板状物の更なる平坦化が可能となる。

本発明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。研磨パッドの底面側斜視図である。チャックテーブルの縦断面図である。チャックテーブルの保持面と研削ホイールとの標準状態の関係を示す一部断面側面図である。チャックテーブルの支持方法及び研削時の研削領域を示す模式図である。チャックテーブルの支持構造を示す一部断面側面図である。半導体ウエーハの表面側斜視図である。表面に保護テープが貼着された状態の半導体ウエーハの裏面側斜視図である。保持ステップを説明する一部断面側面図である。粗研削ステップを説明する一部断面側面図である。仕上げ研削ステップを説明する一部断面側面図である。研磨ステップを説明する縦断面図である。ウエーハ断面形状検出ステップを説明する平面図である。図１５（Ａ）は研削研磨後の中凹形状のウエーハの縦断面図、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）に示されたウエーハの断面形状を示すグラフである。中凸形状のウエーハの縦断面図である。保持面傾き調整ステップを説明する一部断面側面図である。

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、図５に示されるように、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。粗研削ホイール２６は、ホイール基台２８と、ホイール基台２８の下端面外周に環状に固着された複数の粗研削砥石３０とから構成されている。

仕上げ研削ユニット１６は、ユニットハウジング３４と、図１２に示すように、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。仕上げ研削ホイール４０は、環状基台４２と、環状基台４２の下端面外周に環状に装着された複数の仕上げ研削砥石４４とから構成されている。

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。各チャックテーブル５０は、図４に示すように、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等から形成された枠体５２を有しており、枠体５２の上部には嵌合凹部５４が形成されているとともに中央部に吸引路５８が形成されている。吸引路５８は、図示しない真空吸引源に選択的に接続される。

枠体５２の嵌合凹部５４内にはポーラスセラミックス等から形成された吸引部５６が嵌合されている。チャックテーブル５０の吸引部５６は、チャックテーブル５０の回転軸５０ａを頂点として僅かな山形状に形成された保持面５６ａを有しており、吸引部５６の半径Ｒを１０ｃｍとすると、保持面５６ａの中心部と周辺部との高さの差Ｈは１０〜２０μｍ程度に形成されている。

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、研磨領域Ｄ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

次に、図６及び図７を参照して、チャックテーブル５０の支持機構について説明する。図６の模式図に示すように、チャックテーブル５０は互いに円周方向に１２０度離間した１個の固定点６２と、２個の可動点６４により支持されている。

３０ａは粗研削砥石３０の回転軌跡であり、６０は粗研削砥石３０がチャックテーブル５０に保持されたウエーハを研削する加工領域であり、チャックテーブル５０が矢印ａ方向に回転され、研削砥石３０が矢印ｂ方向に回転されると、加工領域６０はチャックテーブル５０に保持されたウエーハの中心から外周に向かって設定され、研削方向はウエーハの中心から外周に向かう方向となる。このような加工領域６０は、図４に示すように保持面５６ａの山形形状と、チャックテーブル５０の保持面５６ａの傾斜状態により設定される。

図７を参照すると、チャックテーブル５０の支持機構の側面図が示されている。チャックテーブル５０は基台６６上に配設されており、基台６６にはフランジ６８が固定されている。７０はターンテーブル４８に固定されたフレームである。

チャックテーブル５０の傾斜調整機構７２は、フレーム７０に固定されたパルスモータ７４と、パルスモータ７４に連結されたボルト７６と、ボルト７６の先端に螺合されたナットを有する調整てこ７８を含んでいる。調整てこ７８の支点首部８０は支点ブロック８４の上面８４ａに固定されている。調整てこ７８はフランジ６８に固定された調整ブロック８２を支持している。

調整てこ７８は、支点ブロック８４に固定される支点７８ａと、調整ブロック８２が固定される作用点７８ｂと、ボルト７６がナットに螺合される力点７８ｃを有しており、力点７８ｃに加えられる力によって作用点７８ｂに力が作用する構成になっている。

支点ブロック８４は、ターンテーブル４８のフレーム７０に固定されており、その上面８４ａに支点首部８０が固定されている。調整ブロック８２は、下端が調整てこ７８に支持され、フランジ６８及び基台６６を介してチャックテーブル５０を支持している。固定点６２は、フレーム７０に配設されたシャフト８６にフランジ６８を所定の遊びをもって固定することにより構成されている。

図５はチャックテーブル５０の保持面５６ａと粗研削ホイール１２との標準状態の関係を示す一部断面側面図であり、チャックテーブル５０の保持面５６ａと研削砥石３０の先端（研削面）とは平行に維持されている。

粗研削ユニット１２のスピンドル２２はその軸線２２ａが鉛直方向となるように支持されており、チャックテーブル５０の中心軸５０ａは鉛直方向から僅かに傾斜して配設されている。図５では、チャックテーブル５０の傾斜は誇張して示されている。

研磨ユニット８８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９０と、静止ブロック９０に装着されてＸ軸移動機構９４によりＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動ブロック９２と、Ｘ軸移動ブロック９２に装着されてＺ軸移動機構９８によりＺ軸方向に移動可能なＺ軸移動ブロック９６とを含んでいる。

Ｚ軸移動ブロック９６にはユニットハウジング１００が配設されており、ユニットハウジング１００中にはスピンドル１０２が回転可能に収容されている。スピンドル１０２の先端にはホイールマウント１０４が固定されており、このホイールマウント１０４に対して着脱自在に研磨ホイール１０６が装着されている。

研磨ホイール１０６は、図３に示されるように、ホイールマウント１０４に装着される基台１０８と、基台１０８に貼着された研磨パッド１１０とから構成される。研磨パッド１１０は、例えばポリウレタンやフェルトに砥粒を分散させ適宜のボンド剤で固定したフェルト材から形成されている。

基台１０８及び研磨パッド１１０の中心部には研磨液供給穴１１６が形成されている。更に、研磨パッド１１０の研磨面（下面）には研磨液を保持する複数の溝１１８が形成されている。

再び図１を参照すると、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１２２と、加工後のウエーハをストックする第２のカセット１２４が着脱可能に装着される。

１２６はウエーハ搬送ロボットであり、第１のカセット１２２内に収容されたウエーハを仮置きテーブル１２８に搬出するとともに、スピンナ洗浄ユニット１３２で洗浄された加工後のウエーハを第２のカセット１２４に搬送する。

１３０は、仮置きテーブル１２８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１３２まで搬送するウエーハ搬出入ユニットであり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能である。

図８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８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、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。

本発明の加工方法を実施するのに当たり、半導体ウエーハ１１の表面１１ａには、表面１１ａに形成されたデバイス１５を保護するために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９に示すように裏面１１ｂが露出する形態となる。

以下、図１に示す加工装置２を使用した本発明の加工方法について説明する。第１のウエーハカセット１２２に収容された表面に保護テープ２３が貼着された半導体ウエーハ１１は、ウエーハ搬送ロボット１２６により第１のカセット１２２から引き出されて仮置きテーブル１２８まで搬送され、仮置きテーブル１２８で半導体ウエーハ１１の中心出しが実施される。

次いで、ウエーハ搬出入ユニット１３０により吸着されたウエーハ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、チャックテーブル５０の吸引路５８を真空吸引源に接続することにより、図１０に示すように、チャックテーブル５０の吸引部５６により保護テープ２３を介して吸引保持される。

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、図１１に示すように、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を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２６を矢印ｂ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３０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。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、図１２に示すように、チャックテーブル５０を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール４０を矢印ｂ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４４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。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５２μｍ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８８に対向する研磨加工領域Ｄに位置付けられる。

図１３に示すように、本実施形態の研磨ユニット８８の研磨パッド１１０は半導体ウエーハ１１の直径より大きい直径を有している。研磨ユニット８８のスピンドル１０２は研磨ホイール１０６の研磨液供給路１１６に連通した研磨液供給路１０３を有している。ここで、図１３に示したチャックテーブル５０の傾きと図１２に示したチャックテーブル５０の傾きとは同一であることに注意されたい。図１２のチャックテーブル５０の傾きが誇張して示されている。

研磨ステップでは、研磨パッド１１０でチャックテーブル５０に吸引保持された研削済みの半導体ウエーハ１１を覆った状態で、研磨液供給路１０３，１１６を介して研磨液を供給しながら、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１１０を矢印ｂ方向に回転しながら、半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂに研磨パッド１１０を押し付けてウエーハ１１の裏面１１ｂを研磨してその厚さを約５０μｍ程度に仕上げる。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。

研磨ステップ終了後、図１４に示すように、非接触式厚み測定器１２０を矢印Ａ方向に回動して半導体ウエーハ１１の厚みを半径方向に複数点で測定して、半導体ウエーハ１１の断面形状が凹状か凸状かを検出するウエーハ断面形状検出ステップを実施する。

このウエーハ断面形状検出ステップでは、図１５（Ａ）に示すように、中央部分が外周部分に比べて薄くなる中凹形状か、或いは図１６に示すように、中央部分が外周部分に比べて厚くなる中凸形状かを検出する。図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）の厚さ検出データを示すグラフである。

ウエーハ断面形状検出ステップで図１５に示すような中凹形状が検出されたとすると、図１７に示すように、標準状態のチャックテーブル５０の回転軸５０ａを矢印Ａに示す方向にごく小さい角度だけ回転して回転軸５０ａを若干寝かせ、保持面５６ａの中央部分が標準状態から若干低くなるように調整する保持面傾き調整ステップを実施する。

一方、図１６に示すような中凸形状が検出されたとすると、チャックテーブル５０の回転軸５０ａを矢印Ａと反対方向に回転して回転軸５０ａを若干立てて、保持面５６ａの中央部分が標準状態から若干高くなるように調整する。

これにより、４個のチャックテーブル５０のうち１個のチャックテーブル５０の保持面の傾き調整が終了したことになり、次回からはこの状態でチャックテーブル５０の保持面５６ａ上に半導体ウエーハ１１を吸引保持して、粗研削ステップ、仕上げ研削ステップ及び研磨ステップを実施する。

他の３個のチャックテーブル５０についても、一回目の粗研削ステップ、仕上げ研削ステップ、研磨ステップ及びウエーハ断面形状検出ステップを実施した後、ウエーハ１１の断面形状に基づいて保持面５６ａの傾きを調整する保持面傾き調整ステップを実施する。

このように全てのチャックテーブル５０について保持面傾き調整ステップが終了すると、２回目以降の半導体ウエーハ１１の研削及び研磨加工では半導体ウエーハ１１の更なる平坦化が可能となる。

上述した実施形態では、半導体ウエーハ１１に本発明の加工方法を実施した例について説明したが、被加工物は半導体ウエーハ１１に限定されるものではなく、光デバイスウエーハ、ガラス基板等の他の板状物にも本発明の加工方法は同様に適用可能である。

２加工装置
１１半導体ウエーハ
１２粗研削ユニット
１６仕上げ研削ユニット
２３保護テープ
４８ターンテーブル
５０チャックテーブル
８８研磨ユニット
１１０研磨パッド
１２０非接触式厚み測定器

Claims

複数の板状物を連続して研削、研磨して平坦化する板状物の加工方法であって、
板状物を保持する保持面を有する回転可能なチャックテーブルで板状物を保持する板状物保持ステップと、
該チャックテーブルで板状物を保持した後、該チャックテーブルを回転させるとともに研削砥石が装着された研削ホイールを回転させつつ該チャックテーブルで保持された板状物に該研削砥石を当接して板状物を所定の厚みへと研削する研削ステップと、
該研削ステップを実施した後、研磨する板状物の直径より大きい直径を有する研磨パッドで該チャックテーブルで保持された板状物を覆った状態で、該研磨パッドと該チャックテーブルとをそれぞれ回転させて板状物を該研磨パッドで研磨し、該研削ステップで板状物に生成された研削歪を除去する研磨ステップと、
該研磨ステップを実施した後、研磨された板状物の厚みを半径方向に複数点測定して板状物の断面形状が凹状か凸状かを検出する板状物断面形状検出ステップと、
該板状物断面形状検出ステップで検出した板状物の断面形状に基づいて、該チャックテーブルの該保持面を僅かに傾斜させて研磨後の板状物が平坦化されるように調整する保持面傾き調整ステップと、
を具備したことを特徴とする板状物の加工方法。
前記保持面傾き調整ステップを実施した後、前記チャックテーブルで第２の板状物を保持する第２板状物保持ステップを更に具備し、
該チャックテーブルで該第２の板状物を保持した状態で該第２の板状物に対して前記研削ステップ及び前記研磨ステップを実施する請求項１記載の板状物の加工方法。