JP6129551B2

JP6129551B2 - 板状物の加工方法

Info

Publication number: JP6129551B2
Application number: JP2012284294A
Authority: JP
Inventors: 哲一杉谷; 晋早川
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: CN103903975A; US9238288B2; CN103903975B; US20140183163A1; JP2014127618A

Description

本発明は、板状物を研削してから被研削面をエッチングする板状物の加工方法に関する。

例えば表面に多数のデバイスが形成された半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等は裏面を研削して所定厚さに薄化した後、各デバイスに分割加工されるが、研削した後に研削によって生じた研削歪みを除去するために被研削面をエッチングする場合がある（特許文献１、２参照）。

特開２００４−２２１１７５号公報特開２０１２−１０６２９３号公報

ところが、エッチングされた板状物の被研削面の面内においてはエッチングレートがばらついていることにより、エッチング後の板状物が平坦とならない場合がある。また、エッチング液の種類やエッチングの条件等によってエッチングレートは異なっている。被研削面の面内でエッチングレートを管理することは非常に難しく、したがってエッチングで所望の形状に板状物を加工することは難しいという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主な技術的課題は、エッチング後の板状物でも平坦に形成し得る板状物の加工方法を提供することにある。

本発明の板状物の加工方法は、板状物を保持する保持面を有した保持テーブルで保持された板状物を研削砥石を有した研削手段で研削して所定の厚さへと薄化する研削ステップと、該研削ステップを実施した後、板状物の被研削面をエッチングするエッチングステップと、を備え、前記研削ステップでは、該エッチングステップを実施した後に板状物が平坦となるように該エッチングステップでのエッチング状態を加味して板状物を非平坦形状に形成する板状物の加工方法であって、前記研削ステップに先立ち、平坦な板状物の被研削面にエッチングを施して該エッチング後の板状物の形状を確認するエッチング後形状確認ステップと、該エッチング後形状確認ステップで確認されたエッチング後の板状物の形状に基づき、板状物が前記エッチングステップ後に平坦となる研削仕上げ形状を算出する研削仕上げ形状算出ステップと、を行い、前記研削ステップでは、該研削仕上げ形状算出ステップで算出された研削仕上げ形状に板状物を研削することを特徴とする。

本発明の加工方法では、エッチングステップを実施した後に板状物が平坦となるようにエッチングステップでのエッチング状態を加味して板状物を非平坦形状に形成するため、エッチング後の板状物は平坦に形成される。

本発明は、前記研削ステップでは、板状物を保持する前記保持テーブルの前記保持面と前記研削砥石の研削面とを相対的に傾け非平行とした状態で該研削砥石を該保持テーブルで保持された板状物に当接させつつ研削を遂行することで、板状物を非平坦形状に形成する形態を含む。

また、本発明は、前記板状物は円板状であり、前記エッチング後形状確認ステップで確認される板状物の断面形状が、板状物の中心の周囲が凹状の双凹形状、板状物の中心の周囲が凸状の双凸形状、のいずれかであり、前記研削ステップでは、板状物の中心の周囲が凹状の双凹形状である場合には、板状物の断面形状を板状物の中心の周囲が凸状の双凸形状になるよう形成し、板状物の中心の周囲が凸状の双凸形状である場合には、板状物の断面形状を板状物の中心の周囲が凹状の双凹形状になるよう形成する形態を含む。

本発明によれば、エッチング後の板状物でも平坦に形成し得る板状物の加工方法が提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る加工方法の研削ステップを実施する研削装置の要部を示す斜視図である。同研削装置の保持テーブルおよび傾き角度調整手段を示す側面図である。同研削装置の研削手段が具備する研削ホイールと保持テーブルに保持される板状物と傾き角度調整手段の位置関係を示す平面図である。研削ホイールと保持テーブルに保持される板状物との位置関係を示す側面図であって、（ａ）研削ホイールと保持テーブルの回転軸線が平行な状態、（ｂ）加工領域において研削ホイールの研削面に対し保持テーブルの保持面が平行な状態を示している。異なるエッチング方法（ａ）〜（ｄ）による板状物のエッチング後形状の４つのパターンと、エッチング後形状に対応する研削仕上げ形状を示す表である。図５に示した（ａ）〜（ｄ）の研削仕上げ形状に研削する研削ステップを示す断面図および研削後の板状物の断面図である。エッチングステップの一例を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、一実施形態の加工方法を好適に実施可能な研削装置の要部を示している。この研削装置は、円板状の板状物１を上面に保持する保持テーブル２０と、保持テーブル２０上に配設され、保持テーブル２０に保持された板状物１を研削する研削手段１０とを備えている。

板状物１は、表面に多数のデバイスが形成された半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等の厚さが例えば数百μｍ程度の基板材であり、デバイスが形成されていない裏面が研削されて所定厚さに薄化される。研削後の板状物１は、研削によって生じた研削歪みを除去するために被研削面１ｃに所定の方法でエッチングを施す必要がある。

[１]研削装置
図１に示すように、研削手段１０は、鉛直方向に延び、図示せぬモータによって回転駆動されるスピンドル１１の先端に、フランジ１２を介して研削ホイール１３が固定されたもので、保持テーブル２０の上方に上下動可能に配設されている。研削ホイール１３の下面外周部には、多数の研削砥石１４が環状に配列されて固着されている。研削砥石１４は板状物１の材質に応じたものが用いられ、例えば、ダイヤモンドの砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めて成形したダイヤモンド研削砥石等が用いられる。

保持テーブル２０は、図２に示すように、ステンレス等の金属からなる円板状の枠体２１の上面２１ａに多孔質体からなる円板状の保持部２２が嵌合されて構成されたもので、保持部２２の上面の保持面２２ａに空気吸引による負圧作用で板状物１を吸引保持する真空チャックである。

保持部２２の保持面２２ａは、中心を頂点とし、外周縁に向かうにしたがって微少角度（例えば０.０００１〜０.００１°）で下り傾斜となる略傘状に形成されている。保持面２２ａの周囲の枠体２１の上面２１ａは保持面２２ａと面一となるよう傾斜している。板状物１は、図１に示すように必要に応じて表面側に保護部材５が貼着され、被研削面１ｃを上方に露出させて保持面２２ａに保護部材５を介して同心状に載置され、吸引保持されると保持面２２ａに倣って傘状に変形し保持面２２ａに密着した状態となる。なお、図１以外の図面では保護部材５の図示を省略している。

保持テーブル２０は、円筒台２３上に回転可能に支持された回転板２４上に固定されている。保持テーブル２０の枠体２１と回転板２４は外径が同一であり、円筒台２３に対して同心状に設けられている。円筒台２３内には、回転板２４を回転させるモータを含む駆動機構が収納されており（図示略）、この駆動機構が作動することにより保持テーブル２０は回転板２４とともに回転する。円筒台２３の外周面には、保持テーブル２０および回転板２４と外径が同一の鍔部２５が形成されている。

図３は、研削ホイール１３と保持テーブル２０に保持される板状物１との位置関係を示している。回転する研削ホイール１３の研削砥石１４の下面による研削面１４ａは水平な環状を形成し、この水平な環状の研削面１４ａの外径は板状物１の外径と同等もしくはやや大径となっている。そして研削砥石１４の研削面１４ａの外径は、保持テーブル２０の回転軸心２０ａすなわち板状物１の回転中心１ａを通過するように設定されている。これにより保持面２２ａに保持された板状物１に研削砥石１４が接触して研削する領域は、回転中心１ａから板状物１の外周縁までの円弧状の加工領域１５（図１で太線、図３で斜線で示す）に限られる。

図２および図３に示すように、上記鍔部２５には、１つの固定支持部２５ａと、２つの可動支持部２５ｂ，２５ｃが設定されている。これら支持部２５ａ〜２５ｃは、周方向等分箇所に配設されている。図２に示すように、固定支持部２５ａには、装置台２９上に固定された固定軸３１が貫通している。この固定軸３１は、ボルト止め等により鍔部２５に締結されている。各可動支持部２５ｂ，２５ｃは、傾き角度調整手段３０により、固定支持部２５ａを支点として上下動させられ、これによって円筒台２３とともに保持テーブル２０が傾動するようになっている。すなわち円筒台２３は装置台２９上に傾き角度調整手段３０を介して、その中心軸の角度が傾動可能に支持されている。円筒台２３の中心軸は保持テーブル２０の回転軸心２０ａと一致しており、したがって保持テーブル２０の回転軸心２０ａの角度は、傾き角度調整手段３０によって任意の角度に調整可能となっている。

図２の傾き角度調整手段３０は、可動支持部２５ｃ側のものを示している。可動支持部２５ｂ側の傾き角度調整手段３０も同一構成であって、図３に示す保持テーブル２０の回転軸心２０ａ（板状物１の回転中心１ａ）と固定支持部２５ａを通る線Ｌを対称線として、可動支持部２５ｂ，２５ｃ双方の傾き角度調整手段３０は、互いに対称的に構成されている。

傾き角度調整手段３０は、図２に示すように、装置台２９の下面に固定されたモータ３２と、装置台２９に螺合して貫通しておりモータ３２によって回転駆動される駆動ボルト３３と、装置台２９上に支点ブロック３４を介して揺動可能に支持され、揺動先端部が駆動ボルト３３の上端部に支持されている調整梃子３５と、調整梃子３５に支持され、鍔部２５に貫通固定された調整ブロック３６とを具備している（特開２００８−２６４９１３号公報参照）。

調整梃子３５は、基端である支点部３５ａが支持ブロック３４に固定されており、揺動先端部である力点部３５ｃが駆動ボルト３３の上端部に支持されている。そして、支点部３５ａと力点部３５ｃとの間の作用点部３５ｂ上に調整ブロック３６が支持されている。調整梃子３５の支点部３５ａ側の端部には、上方に凸の半円弧状の弾性首部３３ｄが形成されている。駆動ボルト３３はモータ３２の作動によって上方に進出したり下方に退避したりし、その上下動が、力点部３５ｃに伝わると弾性首部３３ｄが歪み、これによって調整梃子３５は上下方向に揺動するようになっている。

このようにして調整梃子３５が揺動すると、作用点部３５ｂ上に支持されている調整ブロック３６が上下動する。これにより鍔部２５の各可動支持部２５ｂ、２５ｃは上下動し、その結果、保持テーブル２０の回転軸心２０ａは固定支持部２５ａを支点として傾き、それに伴って保持テーブル２０が傾動する。保持テーブル２０の回転軸心２０ａは、固定支持部２５ａおよび各可動支持部２５ｂ、２５ｃの３点の高さ位置が同じときに、図４（ａ）に示すように研削ホイール１３の鉛直方向に延びる回転軸心１３ａと平行になる。

図３に示すように、研削砥石１４による板状物１に対する加工領域１５は、板状物１の回転中心１ａから固定支持部２５ａにわたっている。この加工領域１５において、図４（ｂ）に示すように、研削砥石１４と、研削砥石１４に対向する部分の保持面２２ａが平行になるように保持テーブル２０の傾斜角度を調整し、その状態で板状物１を研削すると、板状物１は厚さが均一な平坦に研削される。

[２]加工方法
次に、上記研削装置を用いて板状物１を平坦に加工する加工方法を説明する。
[２−１]エッチング後形状確認ステップ
上述したように、板状物１は被研削面１ｃを研削後、研削によって生じた研削歪みを除去するために被研削面１ｃに所定の方法でエッチングが施されるが、板状物１のエッチング面は、エッチングレートのばらつきによって平坦にならない場合がある。そこで、本実施形態では、まず、平坦な板状物１の被研削面１ｃにエッチングを施し、エッチング後の板状物１の形状を確認するエッチング後形状確認ステップを行っておく。

エッチング後形状確認ステップでは、図４（ｂ）に示したように板状物１を平坦に研削して平坦な板状物１を得てから、その板状物１の被研削面１ｃに所定の方法でエッチングを施す。板状物１は平坦な形状からエッチングレートに応じた形状に変化するため、エッチング面の高さ位置を複数のポイントで測定し、断面形状を確認する。高さ位置の測定ポイントは直径に沿った等分複数箇所とされる。なお、エッチング面の高さ位置を確認する方法の具体例としては、保持テーブル２０の側方に配設した非接触式の厚さ検出計を、板状物１の中央を通過するようにして板状物１の中心から外周部までの片側の半径領域で円弧状に移動させ、その移動軌跡の３ポイントで高さ位置を測定し、反対側の半径領域は対称形状とみなして全体の断面形状を算出するといった方法が挙げられる。

図５に、（ａ）〜（ｄ）のエッチング方法の違いによる板状物１のエッチング後の断面形状の４つのパターンを示しており、その形状は次の通りである。

（ａ）中心が最も薄く、外周縁に向かってってしだいに厚さが厚くなる中凹形状。
（ｂ）中心が最も厚く、外周縁に向かってしだいに厚さが薄くなる中凸形状。
（ｃ）中心の周囲が凹状の双凹形状。
（ｄ）中心の周囲が凸状の双凸形状。

このようなエッチングレートの違いは、エッチング液の種類や方法等によって生じる。例えば板状物１を自転させながら板状物１の中心にエッチング液を滴下するスピンコートによってエッチングした場合、エッチング反応速度が速い場合には中心からエッチングが始まることにより中凹形状になり、エッチング反応速度が遅い場合にはエッチング液の供給量が相対的に多くなる外周部の方がエッチングされて中凸状になりやすい。

[２−２]研削仕上げ形状算出ステップ
次に、エッチング後形状確認ステップで確認されたエッチング後の板状物１の形状に基づき、板状物１がエッチングステップ後に平坦となる研削仕上げ形状を算出する研削仕上げ形状算出ステップを行う。この研削仕上げ形状算出ステップでは、エッチング後形状確認ステップで得られたエッチング後の形状を逆形状に反転させた形状にエッチング除去量を加味して仕上げ研削形状として算出する。したがって図５に示したエッチング後形状（ａ）〜（ｄ）に対しては、同図の右側に示す研削仕上げ形状が算出される。すなわちエッチング後形状（ａ）〜（ｄ）に対する研削仕上げ形状は次の通りである。

（ａ）中心が最も厚く、外周縁に向かってってしだいに厚さが薄くなる中凸形状。
（ｂ）中心が最も薄く、外周縁に向かってしだいに厚さが厚くなる中凹形状。
（ｃ）中心の周囲が凸状の双凸形状。
（ｄ）中心の周囲が凹状の双凹形状。

[２−３]研削ステップ
次に、板状物１の被研削面１ｃを図１の研削装置で研削し、所定の厚さへの薄化加工する。研削ステップは、まず、図４（ｂ）に示したように加工領域１５において保持面２２ａが研削砥石１４に対し平行となるように保持テーブル２０の傾斜角度を平行設定の状態に調整する。そして、保持テーブル２０の保持面２２ａに保持部材５を介して板状物１を吸引保持し、平行設定の状態から、所定のエッチング方法に対応して、研削仕上げ形状算出ステップで算出した研削仕上げ形状になるよう保持テーブル２０を適宜に傾斜させ、加工領域１５における研削砥石１４の研削面１４ａと板状物１とを非平行とした状態で、研削砥石１４を板状物１に当接させつつ研削を遂行し、板状物１を非平坦形状に形成する。以下、研削仕上げ形状が上記（ａ）〜（ｄ）の場合の研削方法について説明する。

研削仕上げ形状算出ステップで算出した研削仕上げ形状が、図５（ａ）の「中心が最も厚く、外周縁に向かってしだいに厚さが薄くなる中凸形状」である場合には、上記平行設定の状態から、図１に示す上記線Ｌと保持テーブル２０の回転軸心２０ａで形成される面内に沿って矢印（ａ）方向に保持テーブル２０を傾動させる。例えば板状物１を中心が外周縁に比べて２μｍ高い中凸形状に形成するには、図３において、板状物１の回転中心１ａであるＣ点が固定支持部２５ａに近接する外周縁Ａ点に比べて２μｍ低くなるように２つの可動支持部２５ｂ、２５ｃを均等に下降させる。図６（ａ）はそのように保持テーブル２０を傾斜させて板状物１を研削している状態を示し、これにより板状物１は中凸形状に研削される。

また、研削仕上げ形状算出ステップで算出した研削仕上げ形状が、図５（ｂ）の「中心が最も薄く、外周縁に向かってしだいに厚さが厚くなる中凹形状」である場合には、上記平行設定の状態から、図１に示す上記線Ｌと保持テーブル２０の回転軸線２０ａで形成される面内に沿って矢印（ｂ）方向に保持テーブル２０を傾動させる。例えば板状物１を中心が外周縁に比べて２μｍ低い中凹形状に形成するには、図３において、板状物１の回転中心Ｃ点がＡ点に比べて２μｍ高くなるように２つの可動支持部２５ｂ、２５ｃを均等に上昇させる。図６（ｂ）はそのように保持テーブル２０を傾斜させて板状物１を研削している状態を示し、これにより板状物１は中凹形状に研削される。

また、研削仕上げ形状算出ステップで算出した研削仕上げ形状が、図５（ｃ）の「中心の周囲が凸状の双凸形状」である場合には、上記平行設定の状態から、図１に示す上記線Ｌと保持テーブル２０の回転軸線２０ａで形成される面内に直交する面内に沿った矢印（ｃ）方向に保持テーブル２０を傾動させる。すなわち、図３において、Ａ点とＣ点に比べて、加工領域１５における中間付近であるＢ点が低くなるように調整する。図６（ｃ）はそのように保持テーブル２０を傾斜させて板状物１を研削している状態を示し、板状物１は中心の周囲が研削砥石１４の研削面１４ａの内周側のエッジによって研削され、これにより板状物１は双凸形状に研削される。

また、研削仕上げ形状算出ステップで算出した研削仕上げ形状が、図５（ｄ）の「中心の周囲が凹状の双凹形状」である場合には、上記平行設定の状態から、図１に示す上記線Ｌと保持テーブル２０の回転軸線２０ａで形成される面内に直交する面内に沿った矢印（ｄ）方向に保持テーブル２０を傾動させる。すなわち、図３において、Ａ点とＣ点に比べて、加工領域１５における中間付近であるＢ点が高くなるように調整する。図６（ｄ）はそのように保持テーブル２０を傾斜させて板状物１を研削している状態を示し、板状物１は中心の周囲が研削砥石１４の研削面１４ａの外周側のエッジによって研削され、これにより板状物１は双凹形状に研削される。

なお、図６（ｃ）、（ｄ）は被研削面１ｃに対して当接する研削砥石１４の傾斜状態を示すため、研削砥石１４を相対的に傾斜させた図としている。

[２−４]エッチングステップ
上記のように所定のエッチング方法に対応する研削仕上げ形状に研削する研削ステップを終えたら、板状物１の被研削面１ｃを該所定のエッチング方法でエッチングする。エッチングは、例えば上記のようなスピンコートによるウェットエッチング、プラズマエッチング等のドライエッチング、ＣＭＰエッチング等が挙げられる。ＣＭＰエッチングを行う場合、可能であれば、図７に示すように研削装置の保持テーブル２０を流用し、この保持テーブル２０上に所定の研削仕上げ形状に研削した板状物１を保持して回転させ、被研削面１ｃに回転する研磨手段４０の研磨材４１を押し当てながらＣＭＰエッチングを行う。

[３]実施形態の作用効果
上記実施形態によれば、エッチング後形状確認ステップを行うことで、所定のエッチング方法でエッチングされた後の板状物１の形状を予め把握し、研削ステップの際には、その形状とは逆形状に反転させた非平坦形状である仕上げ研削形状に研削することで、エッチングステップ後の板状物１を均一厚さの平坦形状に形成することができる。

１…板状物
１ｃ…板状物の被研削面
１０…研削手段
１４…研削砥石
１４ａ…研削砥石の研削面
２０…保持テーブル
２２ａ…保持面

Claims

板状物を保持する保持面を有した保持テーブルで保持された板状物を研削砥石を有した研削手段で研削して所定の厚さへと薄化する研削ステップと、
該研削ステップを実施した後、板状物の被研削面をエッチングするエッチングステップと、を備え、
前記研削ステップでは、該エッチングステップを実施した後に板状物が平坦となるように該エッチングステップでのエッチング状態を加味して板状物を非平坦形状に形成する板状物の加工方法であって、
前記研削ステップに先立ち、平坦な板状物の被研削面にエッチングを施して該エッチング後の板状物の形状を確認するエッチング後形状確認ステップと、該エッチング後形状確認ステップで確認されたエッチング後の板状物の形状に基づき、板状物が前記エッチングステップ後に平坦となる研削仕上げ形状を算出する研削仕上げ形状算出ステップと、を行い、
前記研削ステップでは、該研削仕上げ形状算出ステップで算出された研削仕上げ形状に板状物を研削すること
を特徴とする板状物の加工方法。
前記研削ステップでは、板状物を保持する前記保持テーブルの前記保持面と前記研削砥石の研削面とを相対的に傾け非平行とした状態で該研削砥石を該保持テーブルで保持された板状物に当接させつつ研削を遂行することで、板状物を非平坦形状に形成することを特徴とする請求項１に記載の板状物の加工方法。
前記板状物は円板状であり、前記エッチング後形状確認ステップで確認される板状物の断面形状が、
板状物の中心の周囲が凹状の双凹形状、
板状物の中心の周囲が凸状の双凸形状、
のいずれかであり、
前記研削ステップでは、
板状物の中心の周囲が凹状の双凹形状である場合には、板状物の断面形状を板状物の中心の周囲が凸状の双凸形状になるよう形成し、
板状物の中心の周囲が凸状の双凸形状である場合には、板状物の断面形状を板状物の中心の周囲が凹状の双凹形状になるよう形成する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の板状物の加工方法。