JP6687455B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ上の樹脂層を研削する研削装置に関する。

研削装置の研削対象として、半導体ウエーハの配線層に柱状のポスト電極が立設され、このポスト電極を樹脂モールドした板状ワークが知られている。この板状ワークは表面の樹脂層が研削されることでポスト電極の上端面が外部に露出されるが、樹脂層と共にポスト電極が研削されると砥石に金属粉等の研削屑が付着してしまう。このため、板状ワークの樹脂層の上面からポスト電極の上端面までの距離を測定しながら樹脂層を研削して、樹脂層の上面からポスト電極の上端面を露出させる方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２０１４−１０３１４０号公報 特開２０１４−１３８０３７号公報

ところで、樹脂層の上面とポスト電極の上端面の距離は、光学式のセンサ等で樹脂層の上面からの反射光とポスト電極の上端面からの反射光の光路長差から測定される。しかしながら、ポスト電極上の樹脂の厚みが小さくなるまで研削されると、樹脂層の上面からの反射光とポスト電極の上端面からの反射光とが判別できなくなってポスト電極の上端上の樹脂の厚みを測定できなくなる。このため、ポスト電極の上端面が樹脂層の上面に露出した時点で研削を停止できず、ポスト電極の上端面を研削砥石で研削してしまうという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、樹脂層だけを研削して電極の上端面を露出させることができる研削装置を提供することを目的とする。

本発明の研削装置は、半導体ウエーハの上面に立設する柱状の電極を樹脂で覆い樹脂層を形成する板状ワークの該樹脂層の上面を研削砥石で研削する研削装置であって、板状ワークを保持する保持テーブルを回転させる回転手段を有する保持手段と、該保持手段に保持された板状ワークの該樹脂層を研削する研削砥石を回転可能に装着する研削手段と、該研削手段と該保持手段とを相対的に接近および離間する研削送り方向に研削送りする研削送り手段と、該研削砥石で研削する該樹脂の厚みを非接触で測定する非接触測定手段と、を備え、該非接触測定手段は、回転する該保持手段が保持する板状ワークの上方から測定光を投光する投光部と、該測定光が板状ワークで反射した反射光を受光する受光部と、該樹脂層を該研削砥石で研削中に該受光部が受光する該樹脂の上面で反射した第１の反射光と該電極の上端面で反射した第２の反射光と半導体ウエーハの上面で反射した第３の反射光との光路長差から、半導体ウエーハ上の樹脂の厚みｔ１と、該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２と、該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２がゼロのときの半導体ウエーハ上の樹脂の目標厚みｔ３と、を含む複数の厚みデータを算出する算出手段と、該算出手段が算出した該半導体ウエーハ上の樹脂の厚みｔ１及び該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２のうち小さい厚みデータを該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２と判断する判断手段と、を備え、該非接触測定手段によって該半導体ウエーハ上の樹脂の厚みｔ１を測定しながら該研削砥石で該樹脂を研削していき、さらに、該算出手段によって該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２がゼロになるとしたときの半導体ウエーハ上の樹脂の目標厚みｔ３を算出し、該算出の後は該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２を算出することなく該半導体ウエーハ上の樹脂の厚みｔ１が該目標厚みｔ３になるまで該研削手段で該樹脂を研削する。

この構成によれば、樹脂層の上面で反射した第１の反射光と電極の上端面で反射した第２の反射光と半導体ウエーハの上面で反射した第３の反射光とから測定された複数の厚みデータのうち、小さい厚みデータが電極の上端上の樹脂の厚みとして判断される。これにより、複数の厚みデータから半導体ウエーハ上の樹脂の厚みと電極の上端上の樹脂の厚みとを区別することができる。このとき、電極の上端上の樹脂の厚みがゼロのときの半導体ウエーハ上の樹脂の目標厚みが分かるため、以降は電極の上端上の樹脂の厚みを測定することなく、半導体ウエーハの樹脂の厚みだけを測定しながら研削すればよい。半導体ウエーハ上の樹脂の厚みを目標厚みに近づけるように研削することで、電極の上端上の樹脂だけを研削して電極の上端面を露出させることができる。

本発明によれば、半導体ウエーハ上の樹脂の厚みと電極の上端上の樹脂の厚みから、電極の上端上の樹脂の厚みがゼロのときの半導体ウエーハ上の樹脂の目標厚みが求められる。よって、半導体ウエーハ上の樹脂の厚みを目標厚みに近づけることで、樹脂層だけを研削して電極の上端面を露出させることができる。

本実施の形態の研削装置の斜視図である。 比較例の非接触測定手段による測定処理の一例を示す図である。 本実施の形態の非接触測定手段による測定処理の一例を示す図である。 本実施の形態の研削装置による研削動作の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の研削装置について説明する。図１は、本実施の形態の研削装置の斜視図である。なお、本実施の形態の研削装置は、図１に示すように研削加工専用の装置構成に限定されず、例えば、研削加工、研磨加工、洗浄加工等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。

図１に示すように、研削装置１は、多数の研削砥石４６を環状に並べた研削ホイール４５を用いて、保持手段２０に保持された板状ワークＷを研削するように構成されている。板状ワークＷは、半導体ウエーハ７０上の配線層７１（図３Ａ参照）に立設した柱状の電極７２（図３Ａ参照）を樹脂で覆うことで、半導体ウエーハ７０上に樹脂層７５が積層されて構成されている。板状ワークＷは保護テープＴを介して保持手段２０に保持され、樹脂層７５の上面が研削されることで樹脂層７５の上面から柱状の電極７２が露出される（図３Ｃ参照）。なお、半導体ウエーハは、シリコンウエーハに限定されず、ガリウム砒素やシリコンカーバイド等のウエーハでもよい。

研削装置１の基台１０の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口は保持手段２０と共に移動可能な移動板１１及び蛇腹状の防水カバー１２に覆われている。防水カバー１２の下方には、保持手段２０をＸ軸方向に移動させるボールねじ式の進退手段（不図示）が設けられている。保持手段２０は、保持テーブル２１に板状ワークＷを保持させた状態で、回転手段２２で保持テーブル２１を回転させるように構成されている。保持テーブル２１の上面には、多孔質のポーラス材によって板状ワークＷを吸引保持する保持面２３が形成されている。

基台１０上のコラム１３には、研削手段４０を保持手段２０に対して接近及び離反させる方向（Ｚ軸方向）に研削送りする研削送り手段３０が設けられている。研削送り手段３０は、コラム１３に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３１と、一対のガイドレール３１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル３２とを有している。Ｚ軸テーブル３２の背面側には図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ３３が螺合されている。ボールネジ３３の一端部に連結された駆動モータ３４によりボールネジ３３が回転駆動されることで、研削手段４０がガイドレール３１に沿ってＺ軸方向に移動される。

研削手段４０は、ハウジング４１を介してＺ軸テーブル３２の前面に取り付けられており、円筒状のスピンドル４２の下端にマウント４３を設けて構成されている。スピンドル４２にはフランジ４４が設けられ、フランジ４４を介してハウジング４１に研削手段４０が支持される。マウント４３の下面には、複数の研削砥石４６が環状に配置された研削ホイール４５が回転可能に装着されている。各研削砥石４６としては、例えば、多数の砥粒をビトリファイドボンドで結合したビトリファイド砥石が使用される。ビトリファイド砥石によって研削面への樹脂の付着を低減することが可能になっている。

保持テーブル２１の近傍には、保持テーブル２１の保持面２３の高さを測定する接触測定手段４９と、板状ワークＷの樹脂の厚みを非接触で測定する非接触測定手段５０とが設けられている。接触測定手段４９は、いわゆるハイトゲージであり、保持テーブル２１の保持面２３に測定子を接触させて、研削加工時の基準となる保持面２３の高さを測定している。非接触測定手段５０は、いわゆる分光干渉計であり、板状ワークＷに対して測定光を投光し、板状ワークＷで反射された反射光から樹脂層７５（図３参照）の厚み等を測定している。なお、非接触測定手段５０の詳細については後述する。

また、研削装置１には、装置各部を統括制御する制御手段６０が設けられている。また、非接触測定手段５０には、後述する算出手段５６及び判断手段５７が設けられている。制御手段６０、算出手段５６、判断手段５７は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。制御手段６０によって研削手段４０の研削送り量が高精度に制御されることで、板状ワークＷの樹脂層７５だけが研削されて樹脂層７５の上面から柱状の電極７２（図３参Ａ照）が露出される。

ところで、樹脂層から柱状の電極を露出させる際には、電極の上端上の樹脂の厚みを測定しながら研削する方法が一般的であるが、このような方法では樹脂だけを研削することが難しい。ここで、図２を参照して、非接触測定手段を用いた一般的な測定処理について説明する。図２は、比較例の非接触測定手段による測定処理の一例を示す図である。

図２Ａに示すように、板状ワークＷの研削開始時には非接触測定手段５０からの測定光が樹脂層７５を透過せず、樹脂層７５の上面７６で反射した第１の反射光Ｒ１だけが非接触測定手段５０に受光される。これは、樹脂層７５の上面７６から柱状の電極７２の上端面７３までの距離が離れており、電極７２の上端上の樹脂が十分に厚いので、樹脂層７５に含まれるフィラー等によって非接触測定手段５０から投光された測定光が散乱されるからである。よって、研削開始直後は、電極７２の上端上の樹脂の厚みを測定することなく、板状ワークＷの樹脂層７５が研削される。

続いて、図２Ｂに示すように、樹脂層７５が研削されて樹脂層７５の上面７６から柱状の電極７２の上端面７３までの距離が近づくと、樹脂層７５の上面７６で反射した第１の反射光Ｒ１に加えて、電極７２の上端面７３で反射した第２の反射光Ｒ２が非接触測定手段５０に受光される。このとき、樹脂層７５の上面７６で反射された第１の反射光Ｒ１と電極７２の上端面７３で反射された第２の反射光Ｒ２の光路長差から、電極７２の上端上の樹脂の厚みｔが測定される。よって、研削の中盤では、電極７２の上端上の樹脂の厚みｔを測定しながら板状ワークＷの樹脂層７５が研削される。

しかしながら、図２Ｃに示すように、樹脂層７５の上面７６から柱状の電極７２の上端面７３までの距離がさらに近づくと、非接触測定手段５０では樹脂層７５の上面７６で反射した第１の反射光Ｒ１と電極７２の上端面７３で反射した第２の反射光Ｒ２とが判別できなくなる。さらに、樹脂の厚みを測定するために非接触測定手段５０として分光干渉計が用いられているが、通常の分光干渉計は微小な厚みを測定することができない。よって、研削終了直前は、電極７２の上端上の樹脂の厚みを測定することができず、板状ワークＷの樹脂層７５を研削し過ぎてしまう恐れがある。

そこで、本実施の形態では、研削途中で半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１（図３Ｂ参照）と柱状の電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２（図３Ｂ参照）を求めて、この時点での電極７２の上端上の樹脂の厚みがゼロのときの半導体ウエーハ７０上の樹脂の目標厚みｔ３（図３Ｂ参照）を算出している。これにより、目標厚みｔ３の算出後は電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２を測定することなく、半導体ウエーハ７０の樹脂の厚みｔ１が目標厚みｔ３に近づくように研削することで、樹脂層７５だけを研削して電極７２の上端面７３を露出させることができる。

以下、図３を参照して、本実施の形態の非接触測定手段を用いた測定処理について説明する。図３は、本実施の形態の非接触測定手段による測定処理の一例を示す図である。

図３Ａに示すように、非接触測定手段５０では、投光部５１から測定光が出射されると、ハーフミラー５２を介してセンサヘッド５３内の参照面（不図示）で測定光の一部が反射され、参照面を透過した残りの測定光が板状ワークＷの上方から投光される。板状ワークＷで反射された反射光は、センサヘッド５３内の参照面を通過して回折格子５４で分光されて受光部５５で受光される。このときの参照面からの反射光と板状ワークＷからの反射光の干渉光強度に基づいて、センサヘッド５３から板状ワークＷの反射位置までの距離（光路長）が測定されている。

この板状ワークＷの研削開始時には、上記したように非接触測定手段５０の投光部５１からの測定光が板状ワークＷの樹脂層７５を透過しないため、樹脂層７５の上面７６で反射した第１の反射光Ｒ１だけが受光部５５に受光される。このため、第１の反射光Ｒ１に基づいてセンサヘッド５３から樹脂層７５の上面７６までの距離だけが測定されており、柱状の電極７２の上端上の樹脂の厚みも半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みも測定されない。したがって、研削開始直後は板状ワークＷの樹脂層７５の厚みを測定することなく、板状ワークＷの樹脂層７５が研削されている。

図３Ｂに示すように、板状ワークＷの樹脂層７５が研削されると、樹脂層７５の上面７６から柱状の電極７２の上端面７３までの距離が近づけられると共に、樹脂層７５の上面７６から半導体ウエーハ７０の上面７７までの距離が近づけられる。そして、樹脂層７５の上面７６で反射した第１の反射光Ｒ１と電極７２の上端面７３で反射した第２の反射光Ｒ２と半導体ウエーハ７０の上面７７で反射した第３の反射光Ｒ３とが受光部５５（図３Ａ参照）に受光される。受光部５５による受光結果が電気信号に変換されて算出手段５６（図３Ａ参照）に出力され、算出手段５６によって第１−第３の反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の光路長差から樹脂の厚みが算出される。

このとき、算出手段５６では、第１−第３の反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の光路長差から、柱状の電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２と半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１を含む複数の厚みデータが測定される。電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２は第１、第２の反射光Ｒ１、Ｒ２の光路長差、半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１は第１、第３の反射光Ｒ１、Ｒ３の光路長差であるが、これら樹脂の厚みｔ１、ｔ２が複数の厚みデータのいずれに該当するのかを算出手段５６では認識できない。このため、複数の厚みデータが判断手段５７（図３Ａ参照）に出力され、判断手段５７によって複数の厚みデータのうち、小さいデータが電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２と判断される。

このようにして、複数の厚みデータから柱状の電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２と半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１とが区別される。この時点での電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２と半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１とから、電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２がゼロになるときの半導体ウエーハ７０上の樹脂の目標厚みｔ３が算出される。このように、第２、第３の反射光Ｒ２、Ｒ３が受光された時点で、電極７２の上端面７３に対応した半導体ウエーハ７０上の樹脂の目標厚みｔ３が算出されるため、電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２を測定することなく樹脂だけを研削することが可能になっている。

図３Ｃに示すように、半導体ウエーハ７０上の樹脂の目標厚みｔ３が算出されると、制御手段６０（図３Ａ参照）によって半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１を目標厚みｔ３に近づけるように研削送り手段３０（図３Ａ参照）が制御される。このように、半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１だけを測定しながら研削することができるため、柱状の電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２が微小になっても研削精度に影響がない。よって、電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ１がゼロになるまで精度よく樹脂層７５を研削することができ、電極７２を削ることなく樹脂層７５の上面７６に電極７２の上端面７３を露出させることができる。

図４を参照して、本実施の形態の研削装置による研削動作について説明する。図４は、本実施の形態の研削装置による研削動作の一例を示す図である。

図４Ａに示すように、保持テーブル２１に板状ワークＷが載置されると、保持面２３の吸引力によって板状ワークＷの中心が保持面２３の中心に合うように保持される。また、板状ワークＷの上方に非接触測定手段５０が位置付けられ、投光部５１から板状ワークＷに向けて測定光が投光されて測定処理が開始される。そして、保持テーブル２１が回転手段２２によって回転され、保持テーブル２１上の板状ワークＷに対して研削ホイール４５が近づけられて樹脂層７５が研削される。樹脂層７５が薄化されることで測定光が樹脂層７５を透過し、樹脂層７５の上面７６、柱状の電極７２の上端面７３、半導体ウエーハ７０の上面７７で測定光が反射される。

非接触測定手段５０では、樹脂層７５の上面７６、柱状の電極７２の上端面７３、半導体ウエーハ７０の上面７７のそれぞれで反射した第１−第３の反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３（図３Ｂ参照）を受光する。これら第１−第３の反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の光路長差から、柱状の電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２と半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１とが測定される。柱状の電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２と半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１が測定されると、電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２がゼロになるときの半導体ウエーハ７０上の樹脂の目標厚みｔ３が設定される。

よって、以降の研削動作では、半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１を測定しながら研削すればよいため、電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２を測定する必要がない。このように、制御手段６０では、電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２をゼロにするような制御ではなく、半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１を目標厚みｔ３に近づけるような制御が実施される。

図４Ｂに示すように、半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１が非接触測定手段５０によってリアルタイムで測定されながら、研削送り手段３０（図４Ａ参照）によって研削手段４０が研削送りされる。そして、半導体ウエーハ７０の樹脂の厚みｔ１が目標厚みｔ３になるまで樹脂層７５が研削されて、樹脂層７５の上面７６から柱状の電極７２の上端面７３が露出される。よって、電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２が微小になっても、非接触測定手段５０の測定精度が悪化することがなく、電極７２の上端上から樹脂だけが除去される。電極７２が研削されることがないため、金属粉等の加工屑が研削砥石４６に付着することもない。

以上のように、本実施の形態の研削装置１では、樹脂層７５の上面７６で反射した第１の反射光Ｒ１と電極７２の上端面７３で反射した第２の反射光Ｒ２と半導体ウエーハ７０の上面７７で反射した第３の反射光Ｒ３とから測定された複数の厚みデータのうち、小さい厚みデータが電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２として判断される。これにより、複数の厚みデータから半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１と電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２とを判別することができる。このとき、電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２がゼロのときの半導体ウエーハ７０上の樹脂の目標厚みｔ３が分かるため、以降は電極７２の上端上の樹脂の厚みｔ２を測定することなく、半導体ウエーハ７０の樹脂の厚みｔ１だけを測定しながら研削すればよい。半導体ウエーハ７０上の樹脂の厚みｔ１を目標厚みｔ３に近づけるように研削することで、電極７２の上端上の樹脂だけを研削して電極７２の上端面７３を露出させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、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することが可能である。

例えば、上記した実施の形態において、研削送り手段３０が、保持手段２０に対して研削手段４０を接近及び離間する研削送り方向に研削送りする構成にしたが、この構成に限定されない。研削送り手段３０は、保持手段２０と研削手段４０とを相対的に研削送り方向に研削送りする構成であればよく、例えば、研削手段４０に対して保持手段２０を研削送り方向に研削送りするように構成されてもよい。

また、上記した実施の形態において、非接触測定手段５０が、分光干渉計である構成にしたが、この構成に限定されない。非接触測定手段５０は、板状ワークＷの樹脂の厚みを非接触で測定可能であればよく、他の光学式の測定器を用いて板状ワークＷの樹脂の厚みを測定してもよい。

以上説明したように、本発明は、樹脂層だけを研削して電極の上端面を露出させることができるという効果を有し、特に、樹脂層の厚み測定に分光干渉計を用いた研削装置に有用である。

１ 研削装置
２０ 保持手段
２１ 保持テーブル
２２ 回転手段
３０ 研削送り手段
４０ 研削手段
４５ 研削ホイール
４６ 研削砥石
５０ 非接触測定手段
５１ 投光部
５５ 受光部
５６ 算出手段
５７ 判断手段
６０ 制御手段
７０ 半導体ウエーハ
７２ 電極
７３ 電極の上端面
７５ 樹脂層
７６ 樹脂層の上面
７７ 半導体ウエーハの上面
Ｒ１ 第１の反射光
Ｒ２ 第２の反射光
Ｒ３ 第３の反射光
Ｗ 板状ワーク

Claims (1)

1. 半導体ウエーハの上面に立設する柱状の電極を樹脂で覆い樹脂層を形成する板状ワークの該樹脂層の上面を研削砥石で研削する研削装置であって、
   板状ワークを保持する保持テーブルを回転させる回転手段を有する保持手段と、該保持手段に保持された板状ワークの該樹脂層を研削する研削砥石を回転可能に装着する研削手段と、該研削手段と該保持手段とを相対的に接近および離間する研削送り方向に研削送りする研削送り手段と、該研削砥石で研削する該樹脂の厚みを非接触で測定する非接触測定手段と、を備え、
   該非接触測定手段は、
   回転する該保持手段が保持する板状ワークの上方から測定光を投光する投光部と、
   該測定光が板状ワークで反射した反射光を受光する受光部と、
   該樹脂層を該研削砥石で研削中に該受光部が受光する該樹脂の上面で反射した第１の反射光と該電極の上端面で反射した第２の反射光と半導体ウエーハの上面で反射した第３の反射光との光路長差から、半導体ウエーハ上の樹脂の厚みｔ１と、該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２と、該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２がゼロのときの半導体ウエーハ上の樹脂の目標厚みｔ３と、を含む複数の厚みデータを算出する算出手段と、
   該算出手段が算出した該半導体ウエーハ上の樹脂の厚みｔ１及び該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２のうち小さい厚みデータを該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２と判断する判断手段と、を備え、
   該非接触測定手段によって該半導体ウエーハ上の樹脂の厚みｔ１を測定しながら該研削砥石で該樹脂を研削していき、さらに、該算出手段によって該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２がゼロになるとしたときの半導体ウエーハ上の樹脂の目標厚みｔ３を算出し、該算出の後は該電極の上端上の樹脂の厚みｔ２を算出することなく該半導体ウエーハ上の樹脂の厚みｔ１が該目標厚みｔ３になるまで該研削手段で該樹脂を研削する研削装置。

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