JP2015116637A

JP2015116637A - 研削方法

Info

Publication number: JP2015116637A
Application number: JP2013261475A
Authority: JP
Inventors: 文中村; Fumi Nakamura; 善浩桜井; Yoshihiro Sakurai
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-25

Abstract

【課題】研削中のウエーハ等の被加工物の厚さ判定をより確実なものとすることが可能な研削方法を提供することである。【解決手段】被加工物を所定の仕上がり厚さに研削する研削方法であって、チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削工程と、研削工程におけるチャックテーブルの回転数を検出する回転数検出工程と、チャックテーブルが一回転するのに要する時間を算出する測定時間算出工程と、測定時間算出工程で算出された時間の間被加工物の厚さを連続的に測定する厚さ測定工程とを含む。そして、厚さ測定工程で測定した測定データを予め記憶手段に記憶された被加工物の仕上がり厚さと比較して被加工物が仕上がり厚さに研削されたか否かを判定し、肯定判定の場合には研削を終了し、否定判定の場合には研削を継続する。【選択図】図７

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を所定の厚さに研削する研削方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々の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、切削装置によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

ウエーハ等の被加工物の裏面を研削する研削装置は、ウエーハを保持する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エーハを研削する研削砥石が固着された研削ホイールが回転可能に装着された研削ユニットとを備えていて、ウエーハを高精度に所望の厚みに研削できる。

研削装置によるウエーハの研削工程では、ウエーハをデバイスの仕上げ厚さに高精度に研削するために、例えば、特開２００１−００９７１６号公報に記載された接触式厚さ測定器（プローブ）等により、研削時のウエーハの残留厚さを測定しながら研削を実施している。

研削装置によるウエーハの研削では、ウエーハを保持したチャックテーブルを回転させるとともに複数の研削砥石が装着された研削ホイールを回転させて所定の研削送り速度で研削ホイールを研削送りしていくが、その際に研削砥石は摩耗し新規の砥粒を露呈させる自生発刃を繰り返しながらウエーハを研削していく。

その為、研削ホイールの移動量と実際の研削除去量とが厳密には合致せず、研削砥石の摩耗量分に対応した差が発生する。それ故に、仕上げ厚さになるまでウエーハの残留厚さを測定しながら研削ホイールの移動量の制御を行っている。

一方、昨今のデバイスの顕著な薄型化に応じてウエーハは一層薄く加工される傾向にあり、ウエーハにプローブ等を接触させることなく厚さを測定可能な非接触式厚さ測定器がウエーハを傷つけず抗折強度を低下させない点では有利とされる。

非接触式の厚さ測定器としては、レーザー光を利用したものが挙げられる。特許第３４９１３３７号公報には、所定波長のレーザー光をウエーハに向けて照射し、レーザー光のウエーハの表面からの反射波と裏面からの反射波との干渉波の波形から厚さを測定する形式の非接触式厚さ測定器が記載されている。

特開２００１−００９７１６号公報特許第３４９１３３７号公報

非接触式厚さ測定器では、上述したようにウエーハの表面からの反射波と裏面からの反射波とを利用するため、ウエーハの裏面に貼着された保護テープの厚さのばらつきの影響により発生した研削中のウエーハの厚さばらつきを測定値として取得することになる。

即ち、保護テープが裏面に貼着されたウエーハの研削では、保護テープ＋ウエーハの総厚は一様に研削されるが、保護テープに厚さばらつきがあるとウエーハはその厚さばらつきに応じて研削されることになるため、ウエーハの厚さを一様に研削することは出来ない。

また、一般に非接触式厚さ測定器での測定は、研削装置の制御手段（コントローラ）が制御しているが、制御手段はウエーハの厚さ測定以外にも研削装置の多くの動きを制御しているため、厚さ測定器の測定を一定間隔で行うことは難しく、結果的にランダムな間隔でウエーハの厚さ測定が行われており、測定タイミングによってはウエーハの厚さが偏ったデータで判定されてしまう危険性があった。

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、研削中のウエーハ等の被加工物の厚さ判定をより確実なものとすることが可能な研削方法を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルを回転させるモータと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の研削中の厚さを測定する非接触式厚さ測定手段と、該チャックテーブルの回転数を検出する回転数検出手段と、該回転数検出手段が検出した回転数と該非接触式厚さ測定手段が測定した測定厚さと被加工物の仕上がり厚さの値とを記憶する記憶手段を有するとともに、該非接触式厚さ測定手段及び該研削手段を制御する制御手段と、を具備した研削装置を用いて被加工物を所定の仕上がり厚さに研削する研削方法であって、被加工物を該チャックテーブルの保持面で保持する保持工程と、該チャックテーブルに保持された被加工物を該研削手段によって研削する研削工程と、該研削工程における該チャックテーブルの回転数を該回転数検出手段によって検出する回転数検出工程と、該回転数検出工程で検出された回転数から当該回転数において該チャックテーブルが１回転するのに要する時間ｔを該制御手段によって算出する測定時間算出工程と、該測定時間算出工程で算出された時間ｔの間、該非接触式厚さ測定手段によって連続的に被加工物の厚さを測定する厚さ測定工程と、該厚さ測定工程で測定した測定データを該記憶手段に記憶された被加工物の仕上がり厚さと比較して被加工物が仕上がり厚さに研削されたか否かを該制御手段において判定し、被加工物が該仕上がり厚さに研削されていないと判定された場合には該研削工程を継続し、被加工物が該仕上がり厚さに研削されたと判定された場合には研削工程を終了するように制御する判定工程と、を含むことを特徴とする研削方法が提供される。

好ましくは、前記判定工程において、該制御手段は該時間ｔの間に該厚さ測定手段が測定した測定データの中間値を被加工物の厚さとして認識し、該中間値が該記憶手段に記憶された該仕上がり厚さ以下になった場合に該研削工程を終了する。

本発明の研削方法によると、チャックテーブルに保持された被加工物が一回転する間の厚さデータを確実に取得し、予め記憶されている仕上がり厚さと比較するため、保護テープに厚さばらつきがあっても被加工物を仕上がり厚さにより近い厚さに研削することができる。

本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置の斜視図である。半導体ウエーハの表面に保護テープを貼着する様子を示す斜視図である。厚さ測定工程を示す断面図である。本発明の研削方法の各工程を示すフローチャートである。非接触式の厚さ測定手段及び回転数検出手段と制御手段との関係を示すブロック図である。非接触式厚さ測定手段の測定軌跡を示す模式図である。制御手段の構成を示すブロック図である。

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、本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置２の斜視図が示されている。４は研削装置２のベースであり、ベース４の後方には２つのコラム６ａ，６ｂが垂直に立設されている。

コラム６ａには、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。この一対のガイドレール８に沿って粗研削ユニット１０が上下方向に移動可能に装着されている。粗研削ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

粗研削ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ２２と、スピンドルの先端に固定されたホイールマウントと、ホイールマウントに着脱可能に装着された研削ホイール２４を含んでいる。研削ホイール２４は、環状基台の下端部外周に複数の粗研削用の研削砥石２６が環状に固着されて構成されている。

粗研削ユニット１０は、粗研削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成される粗研削ユニット移動機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

他方のコラム６ｂにも、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）４８が固定されている。この一対のガイドレール４８に沿って仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動可能に装着されている。

仕上げ研削ユニット２８は、そのハウジング３６が一対のガイドレール４８に沿って上下方向に移動する図示しない移動基台に取り付けられている。仕上げ研削ユニット２８は、ハウジング３６と、ハウジング３６中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ３８と、スピンドルの先端に固定された仕上げ研削用の研削砥石４２を有する研削ホイール４０を含んでいる。

仕上げ研削ユニット２８は、仕上げ研削ユニット２８を一対の案内レール４８に沿って上下方向に移動するボールねじ３０とパルスモータ３２とから構成される仕上げ研削ユニット移動機構３４を備えている。パルスモータ３２を駆動すると、ボールねじ３０が回転し、仕上げ研削ユニット２８が上下方向に移動される。

研削装置２は、コラム６ａ，６ｂの前側においてベース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４４を具備している。ターンテーブル４４は比較的大径の円盤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４５で示す方向に回転される。

ターンテーブル４４には、互いに円周方向に１２０°離間して３個のチャックテーブル（保持テーブル）４６が水平面内でモータにより回転可能に配置されている。チャックテーブル４６は、ポーラスセラミック材によって円盤状に形成された吸引保持部を有しており、吸引保持部の保持面上に載置されたウエーハを真空吸引手段を作動することにより吸引保持する。

ターンテーブル４４に配設された３個のチャックテーブル４６は、ターンテーブル４４が適宜回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域（ウエーハ着脱領域）Ａ、粗研削加工領域Ｂ、仕上げ研削加工領域Ｃ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

ベース４の前側部分には、ウエーハカセット５０と、ハンド５２を有するウエーハ搬送ロボット５４と、複数の位置決めピン５８を有する位置決めテーブル５６と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）６０と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６２と、研削されたウエーハをスピン洗浄及びスピン乾燥するスピンナ洗浄装置６４と、スピンナ洗浄装置６４で洗浄及びスピン乾燥された研削後のウエーハを収容する収容カセット６６が配設されている。

スピンナ洗浄装置６４には、研削された半導体ウエーハ１１を吸引保持して回転する半導体ウエーハ１１より小径のスピンナテーブル６８が装着されている。７０はスピンナ洗浄装置６４のカバーである。

粗研削加工領域Ｂに位置付けられたチャックテーブル４６に隣接して、接触式厚さ測定器７２がベース４に配設されており、仕上げ研削加工領域Ｃに位置付けられたチャックテーブル４６に隣接して、非接触式厚さ測定器７４がベース４上に配設されている。接触式厚さ測定器７２は、チャックテーブル上面高さ位置検出針７２ａと被加工物上面高さ位置検出針７２ｂを有している。

図２を参照すると、本発明の研削方法の検索対象となる半導体ウエーハ（以下、単にウエーハと略称することがある）１１の表面側斜視図が示されている。半導体ウエーハ１１の表面１１ａには、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おり、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ウエーハ１１は、複数のデバイス１５が形成されたデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９をその表面１１ａに有している。ウエーハ１１は例えば厚さ７００μｍのシリコンウエーハからなっており、その外周にはシリコンの結晶方位を示すノッチ２１が形成されている。

ウエーハ１１の裏面１１ｂの研削に先立って、ウエーハ１１の表面１１ａには表面に形成されたデバイス１５を保護するために保護テープ２３が貼着される。そして、ウエーハ１１の研削時には図３に示すように、研削装置のチャックテーブル４６により保護テープ２３側が吸引保持されてウエーハ１１の裏面１１ｂが露出される。

次に、図３乃至図７を参照して、本発明実施形態に係る研削方法について詳細に説明する。まず図３を参照して、非接触式厚さ測定器７４によるウエーハ１１の厚さ測定工程について説明する。

７６は非接触式厚さ測定器７４のアームであり、このアーム７６はチャックテーブル４６に保持されたウエーハ１１上の測定位置とウエーハ上から外れた待避位置との間で回動可能にベース４に配設されている。

アーム７６の先端部は屈曲されて支持板７８とガラス版８６が取り付けられている。赤外光照射ヘッド８０が支持板７８に支持されており、支持板７８及びガラス板８６を貫通して給水管８４が取り付けられている。

赤外光照射ヘッド８０は厚み測定ユニット８２に接続されている。厚み測定ユニット８２は例えば特許文献２に開示されたような公知の構成であり、内部に赤外線を出射する赤外線レーザーと、ウエーハ１１の表裏両面で反射された反射光からウエーハ１１の厚さを検出する検出回路を備えている。赤外線レーザーは例えば波長１３００ｎｍの赤外線を発振する。

給水管８４は図示しない電磁弁を介して水供給源８８に接続されており、ウエーハ１１の裏面１１ｂ研削時には電磁弁を開いて給水管８４から連続的に水を供給して、アーム７６の先端から純水等の水９０をオーバーフローさせながら厚み測定ユニット８２でウエーハ１１の厚みを測定する。アーム７６の先端７６ａとウエーハ１１との間の距離は０．５〜１ｍｍ程度が好ましい。

厚み測定ユニット８２の赤外線レーザーから出射された赤外光は赤外光照射ヘッド８０からチャックテーブル４６に保持されたウエーハ１１に対して垂直に照射される。照射された赤外光の一部はウエーハ１１の上面（裏面）１１ｂで反射され、一部は内部を透過して底面（表面）１１ａで反射されて赤外光照射ヘッド８０を介して厚み測定ユニット８２の厚み測定回路に入力される。

厚み測定回路では、ウエーハ１１の上面（裏面）１１ｂからの反射光と底面（表面）１１ａからの反射光との干渉光の波形を検出し、干渉光の波形からウエーハ１１の厚さを検出する。

研削中のウエーハ１１の厚み測定を純水等の水９０を供給しながら実施するのは、ウエーハの研削時には研削水を供給しながらウエーハ１１の研削を実施するため、清浄な水９０でこの研削水を押しのけて透明度の高い条件下でウエーハ１１の厚みを検出するためである。

次に、ウエーハカセット５０内に収容されているウエーハ１１の研削方法について説明する。ウエーハ搬送ロボット５４によりウエーハカセット５０から取り出されたウエーハ１１は位置決めテーブル５６でセンタリングされて位置決めされた後、ローディングアーム６０で吸着されてウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられたチャックテーブル４６に載置される。

チャックテーブル４６で保護テープ２６側が吸引保持されたウエーハ１１は、ターンテーブル４４を矢印４５方向に１２０°回転して、ウエーハ１１を保持したチャックテーブル４６を粗研削加工領域Ｂに位置付ける。

次いで、ウエーハ１１を保持したチャックテーブル４６を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２４をチャックテーブル４６と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、粗研削ユニット移動機構１８を作動して粗研削用の研削砥石２６をウエーハ１１の裏面に接触させる。

そして、研削ホイール２４を所定の研削送り速度で下方に移動して研削砥石２６でウエーハ１１を押圧しながらウエーハ１１の粗研削を実施する。この粗研削では、接触式厚さ測定器７２のチャックテーブル上面高さ位置検出針７２ａをチャックテーブル４６の保持面に当接させ、被加工物上面高さ位置検出針７２ｂをウエーハ１１の裏面１１ｂに当接させながら研削を実施し、ウエーハ１１を所望の厚みに粗研削する。

粗研削終了後、ターンテーブル４４を矢印４５方向にさらに１２０°回転して粗研削済みのウエーハ１１を仕上げ研削加工領域Ｃに位置付ける。そして、仕上げ研削ユニット２８によるウエーハ１１の仕上げ研削を実施する。

この仕上げ研削に適用される本発明の研削方法を図４乃至図７を参照して説明する。まず、図４のステップＳ１０で仕上げ研削を開始する。この仕上げ研削では、ウエーハ１１を保持したチャックテーブル４６を図６で矢印Ａ方向に回転させながら、研削ホイール４０をチャックテーブル４６と同一方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、仕上げ研削移動機構３４を作動して仕上げ研削用の研削砥石４２をウエーハ１１の裏面に接触させ、研削ホイール４０を所定の研削送り速度で下方に移動して研削砥石４２でウエーハ１１の仕上げ研削を実施する。

そして、図５に示した回転数検出手段９２でチャックテーブル４６の回転数を検出する（ステップＳ１１）。回転数検出手段９２で検出されたチャックテーブル４６の回転数は図７に示す制御手段９４の記憶部９６に入力され、記憶部９６のＲＡＭに格納される。

測定時間算出部９８で、記憶部９６に記憶されているチャックテーブルの回転数から、当該回転数においてチャックテーブル４６が一回転するのに要する時間ｔを算出する（ステップＳ１２、測定時間算出工程）。図６において、７５は非接触厚さ測定器７４の厚さ測定軌跡である。

次いで、ステップＳ１３において、非接触式厚さ測定器７４で時間ｔの間ウエーハ１１の厚さを測定し、測定厚さのデータを記憶手段９４の記憶部９６に入力し、記憶部９６のＲＡＭに格納する。

ステップＳ１３のウエーハ１１の厚さ測定は時間ｔの間に複数回実施される。この複数回測定したウエーハ１１の厚みデータの中から、中間値算出部１００で厚みデータの中間値を算出してこれをウエーハ１１の代表厚みとする。

厚みデータの中間値を採用するのは、複数の測定データの内から極端に離れているデータを削除するためであり、厚みデータの平均値を採用する場合に比べてウエーハ１１の厚みをより正確に測定することができる。厚みデータが偶数個の場合には、２つの中間値の平均を算出してこれをウエーハ１１の代表厚みとする。

中間値算出部１００で厚みデータの中間値を算出したならば、この中間値を判定部１０２に入力し、記憶部９６のＲＯＭに予め記憶されているウエーハ１１の仕上がり厚さと比較して、ウエーハ１１が仕上がり厚さに研削されたか否かを判定する（ステップＳ１４）。

ウエーハ１１が所定の仕上がり厚さに研削されていないと判定された場合には制御信号を出力して仕上げ研削を継続し、ウエーハ１１が所定の仕上がり厚さに研削されたと判定された場合には、制御信号を出力して仕上げ研削を終了する。

本実施形態の研削方法では、仕上げ研削工程では被接触式厚さ測定器７４でウエーハ１１の厚さを測定しながら仕上げ研削を遂行するため、ウエーハ１１を傷つけることがなく抗折強度を低下させることがない。

また、チャックテーブル４６の一回転の間複数回ウエーハ１１の厚みを測定してその中間値をウエーハ１１の厚みの代表値としているため、ウエーハ１１の表面１１ａに貼着された保護テープ２３の厚さばらつきの影響が多少あるとしても、複数点の測定であるためその影響を最小限に抑えることができる。これにより、従来の測定方法で問題となっていた測定タイミングによってウエーハの厚さが偏ったデータで判定されてしまうことを防止できる。

上述した実施形態では、本発明の研削方法を半導体ウエーハ１１に適用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、本発明は一般的な板状の被加工物の研削方法にも同様に適用することができる。

２研削装置
１０粗研削ユニット
２４粗研削ホイール
２８仕上げ研削ユニット
４０仕上げ研削ホイール
４４ターンテーブル
４６チャックテーブル
７２接触式厚さ測定器
７４非接触式厚さ測定器
８０赤外光照射ヘッド
８２厚み測定ユニット
８４給水管
９４制御手段
９６記憶部
９８測定時間算出部
１００中間値算出部
１０２判定部

Claims

被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルを回転させるモータと、該チャックテーブルに保持された被加工物を研削する研削手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の研削中の厚さを測定する非接触式厚さ測定手段と、該チャックテーブルの回転数を検出する回転数検出手段と、該回転数検出手段が検出した回転数と該非接触式厚さ測定手段が測定した測定厚さと被加工物の仕上がり厚さの値とを記憶する記憶手段を有するとともに、該非接触式厚さ測定手段及び該研削手段を制御する制御手段と、を具備した研削装置を用いて被加工物を所定の仕上がり厚さに研削する研削方法であって、
被加工物を該チャックテーブルの保持面で保持する保持工程と、
該チャックテーブルに保持された被加工物を該研削手段によって研削する研削工程と、
該研削工程における該チャックテーブルの回転数を該回転数検出手段によって検出する回転数検出工程と、
該回転数検出工程で検出された回転数から当該回転数において該チャックテーブルが１回転するのに要する時間ｔを該制御手段によって算出する測定時間算出工程と、
該測定時間算出工程で算出された時間ｔの間、該非接触式厚さ測定手段によって連続的に被加工物の厚さを測定する厚さ測定工程と、
該厚さ測定工程で測定した測定データを該記憶手段に記憶された被加工物の仕上がり厚さと比較して被加工物が仕上がり厚さに研削されたか否かを該制御手段において判定し、被加工物が該仕上がり厚さに研削されていないと判定された場合には該研削工程を継続し、被加工物が該仕上がり厚さに研削されたと判定された場合には研削工程を終了するように制御する判定工程と、
を含むことを特徴とする研削方法。
前記判定工程において、該制御手段は該時間ｔの間に該非接触式厚さ測定手段が測定した測定データの中間値を被加工物の厚さとして認識し、該中間値が該記憶手段に記憶された該仕上がり厚さ以下になった場合に該研削工程を終了することを特徴とする請求項１記載の研削方法。