JP2009154282A

JP2009154282A - 板状物の研削方法

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Publication number: JP2009154282A
Application number: JP2007338845A
Authority: JP
Inventors: Sosuke Kumagai; 壮祐熊谷
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: JP5133046B2

Abstract

【課題】計測器とチャックテーブル間距離が一定に保たれなくとも非接触で板状物の厚みを測定可能な板状物の研削方法を提供することである。
【解決手段】板状物の研削方法であって、チャックテーブル上に流体層を形成し、この流体層を介してチャックテーブルに向けて超音波を放射し、超音波を放射してからチャックテーブルからの反射波を受信するまでの時間Ｔ１を計測する。次いで、厚さｈの校正片をチャックテーブル上に載置し、超音波を放射してから校正片の上面での反射波を受信するまでの時間Ｔ２を計測する。時間Ｔ１，Ｔ２及び校正片の厚さｈに基づいて、流体層の音速Ｃｒを算出する。次いで、校正片を取り外してチャックテーブル上に板状物を載置し、超音波を放射してから板状物の上面及び下面で反射した反射波を受信するまでの時間Ｔ３，Ｔ４を計測する。Ｔ１−Ｔ４及び流体層の音速Ｃｒに基づいて、板状物の音速Ｃｉを算出し、（Ｔ４−Ｔ３）／２×Ｃｉで求まる板状物の厚みｔが所望厚さに一致した時に研削を終了する。
【選択図】図７

Description

本発明は、ウエーハ等の板状物の厚みを計測しながら板状物を研削する板状物の研削方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが表面に複数個形成された半導体ウエーハ、ガラス基板、サファイア基板等の板状物は、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（切削装置）によって個々のデバイスに分割され、各種電子機器に広く利用される。

これらの板状物を所望の厚さに研削するには、厚さ計測器によって板状物の厚さを逐一検出しながら、所望の厚さに達した時点で研削を終了する。研削中の板状物の厚さを計測するために、計測器を板状物表面に接触させながら研削する方法が特開昭６３−１０２８７２号公報又は特開２００５−２４６４９１号公報で提案されている。

しかし、これらの接触式の計測器で板状物の厚さを計測する方法では、計測器が研削面に接触することで板状物の抗折強度を低下させてしまうという問題がある。また、例えば、板状物がシリコンや化合物半導体などの脆性材料であり、５０μｍ程度と非常に薄く研削されている場合には、計測器が研削面に接触することで板状物を破損させてしまうという問題がある。

これらの問題を解決するために、超音波を利用して非接触で研削中の板状物の厚みを計測する方法が特開２００７−１９９０１３号公報で提案されている。
特開昭６３−１０２８７２号公報特開２００５−２４６４９１号公報特開２００７−１９９０１３号公報

特許文献３に開示された厚さ計測装置では、研削する板状物の音速や厚みを予め知っておく必要があるが、同一材料でもそのメーカーやロット、更には固体毎に音速や厚みが微妙に異なるため、研削する全ての板状物の音速や厚みを事前に測定することが必要となり、非常に煩雑である。

また、非接触式計測器は研削すべき板状物の搬入、搬出に際して計測位置から退避する必要があり、可動式に構成されている。更に、一般に研削装置では研削砥石やチャックテーブルの交換後には研削砥石とチャックテーブルとの平行度を出すために、研削砥石でチャックテーブルを削るセルフグラインドを実施する。

このセルフグラインドによりチャックテーブルは３０〜４０μｍ磨耗する。更には、研削時の研削荷重によってチャックテーブルの沈み込みが発生する。これらの理由から、非接触式計測器とチャックテーブル間距離を一定に保つことは非常に難しいという問題がある。

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、計測器とチャックテーブル間距離が一定に保たれなくとも非接触で板状物の厚みを計測しながら研削可能な板状物の研削方法を提供することである。

本発明によると、チャックテーブルに保持された板状物を研削する板状物の研削方法であって、該チャックテーブルの上面に向けて流体層を介して超音波を放射してから該チャックテーブルの上面で反射した反射波が該流体層を介して受信されるまでの時間Ｔ１を計測し、該チャックテーブルの上面へ厚さｈの校正片を載置し、該チャックテーブルで保持した厚さｈの校正片に向けて該流体層を介して超音波を放射してから該校正片の上面で反射した反射波を該流体層を介して受信するまでの時間Ｔ２を計測し、前記時間Ｔ１，Ｔ２及び前記校正片の厚さｈに基づいて、該流体層を形成する流体の音速Ｃｒを算出し、該チャックテーブルの上面から前記校正片を取り外して研削すべき板状物を該チャックテーブルの上面へ載置し、該チャックテーブルで保持した該板状物に向けて該流体層を介して超音波を放射してから該板状物の上面で反射した反射波を該流体層を介して受信するまでの時間Ｔ３を計測し、前記時間Ｔ１，Ｔ３及び算出した流体の音速Ｃｒに基づいて、該板状物の厚さｔを算出し、該チャックテーブルで保持した厚さｔの板状物に向けて該流体層を介して超音波を放射してから該板状物の下面で反射した反射波を該流体層を介して受信するまでの時間Ｔ４を計測し、前記時間Ｔ１−Ｔ４及び流体の音速Ｃｒに基づいて、該板状物の音速Ｃｉを算出し、該板状物の研削を実施し、（Ｔ４−Ｔ３）／２×Ｃｉで求まる該板状物の厚みｔが所望厚さに一致した時に研削を終了する、各ステップを具備したことを特徴とする板状物の研削方法が提供される。

本発明によると、予め校正片を用いて流体層の音速を求め、この流体層の音速から研削すべき板状物の音速を求めることで、計測器とチャックテーブル間距離が一定に保たれなくとも非接触で板状物の厚みを計測することができる。

また、一つのロットの板状物研削後に次のロットの板状物を研削する際には、先に求めた流体層の音速から板状物の音速を求めることが可能であるため、研削前に研削すべき全ての板状物の厚みや音速を計測するのに比べて作業効率が良く、生産性が向上する。

以下、本発明実施形態のウエーハの研削方法を図面を参照して詳細に説明する。図１は所定の厚さに加工される前の半導体ウエーハの斜視図である。図１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に複数のストリート１３が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１３によって区画された複数の領域に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。

半導体ウエーハ１１の表面１１ａには、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２に示すように裏面１１ｂが露出する形態となる。

以下、このように構成された半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを所定厚さに研削する研削装置２を図３を参照して説明する。研削装置２のハウジング４は、水平ハウジング部分６と、垂直ハウジング部分８から構成される。

垂直ハウジング部分８には上下方向に伸びる１対のガイドレール１２，１４が固定されている。この一対のガイドレール１２，１４に沿って研削手段（研削ユニット）１６が上下方向に移動可能に装着されている。研削ユニット１６は支持部２０を介して一対のガイドレール１２，１４に沿って上下方向に移動する移動基台１８に取り付けられている。

研削ユニット１６は、支持部２０に取り付けられたスピンドルハウジング２２と、スピンドルハウジング２２中に回転可能に収容されたスピンドル２４と、スピンドル２４を回転駆動するサーボモータ２６を含んでいる。

図６に最も良く示されるように、スピンドル２４の先端部にはマウンター２８が固定されており、このマウンター２８には研削ホイール３０がねじ止めされている。例えば、研削ホイール３０はホイール基台３２の自由端部に粒径０．３〜１．０μｍのダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドで固めた複数の研削砥石３４が固着されて構成されている。よって、研削面は鏡面となる。

研削手段（研削ユニット）１６にはホース３６を介して研削水が供給される。好ましくは、研削水としては純水が使用される。図５及び図６に示すように、ホース３６から供給された研削水が、スピンドル２４に形成された研削水供給穴３８、マウンター２８に形成された空間４０及び研削ホイール３０のホイール基台３２に形成された複数の研削水供給ノズル４２を介して研削砥石３４及びチャックテーブル５４に保持されたウエーハ１１に供給される。

図３を再び参照すると、研削装置２は、研削ユニット１６を一対の案内レール１２，１４に沿って上下方向に移動する研削ユニット送り機構４４を備えている。研削ユニット送り機構４４は、ボールねじ４６と、ボールねじ４６の一端部に固定されたパルスモータ４８から構成される。パルスモータ４８をパルス駆動すると、ボールねじ４６が回転し、移動基台１８の内部に固定されたボールねじ４６のナットを介して移動基台１８が上下方向に移動される。

水平ハウジング部分６の凹部１０には、チャックテーブルユニット５０が配設されている。チャックテーブルユニット５０は、図４に示すように、支持基台５２と、支持基台５２に回転自在に配設されたチャックテーブル５４を含んでいる。

チャックテーブルユニット５０は更に、チャックテーブル５４を挿通する穴を有したカバー５６を備えている。カバー５６には、ウエーハに非接触で研削中のウエーハの厚みを計測する非接触厚み計測装置５７が回動可能に配設されている。

チャックテーブルユニット５０は、チャックテーブル移動機構５８により研削装置２の前後方向に移動される。チャックテーブル移動機構５８は、ボールねじ６０と、ボールねじ６０のねじ軸６２の一端に連結されたパルスモータ６４から構成される。

パルスモータ６４をパルス駆動すると、ボールねじ６０のねじ軸６２が回転し、このねじ軸６２に螺合したナットを有する支持基台５２が研削装置２の前後方向に移動する。よって、チャックテーブル５４もパルスモータ６４の回転方向に応じて、前後方向に移動する。

図３に示されているように、図４に示した一対のガイドレール６６，６８及びチャックテーブル移動機構５８は蛇腹７０，７２により覆われている。すなわち、蛇腹７０の前端部は凹部１０を画成する前壁に固定され、後端部がカバー５６の前端面に固定されている。また、蛇腹７２の後端は垂直ハウジング部分８に固定され、その前端はカバー５６の後端面に固定されている。

ハウジング４の水平ハウジング部分６には、第１のウエーハカセット７４と、第２のウエーハカセット７６と、ウエーハ搬送手段７８と、ウエーハ仮載置手段８０と、ウエーハ搬入手段８２と、ウエーハ搬出手段８４と、洗浄手段８６が配設されている。更に、ハウジング４の前方にはオペレータが研削条件等を入力する操作手段８８が設けられている。

また、水平ハウジング部分６の概略中央部には、チャックテーブル５４を洗浄する洗浄水噴射ノズル９０が設けられている。この洗浄水噴射ノズル９０は、チャックテーブルユニット５４がウエーハ搬入・搬出領域に位置づけられた状態において、チャックテーブル５４に保持された研削加工後のウエーハに向けて洗浄水を噴出する。

チャックテーブルユニット５０は、チャックテーブル移動機構５８のパルスモータ６４をパルス駆動することにより、図３に示した装置奥側の研削領域と、ウエーハ搬入手段８２からウエーハを受け取りウエーハ搬出手段８４にウエーハを受け渡す手前側のウエーハ搬入・搬出領域との間で移動される。

このように構成された研削装置２の研削作業について以下に説明する。第１のウエーハカセット７４中に収容されるウエーハは、保護テープが表面側（回路が形成されている側の面）に装着された半導体ウエーハであり、従ってウエーハは裏面が上側に位置する状態で第１のカセット７４中に収容されている。このように複数の半導体ウエーハを収容した第１のウエーハカセット７４は、ハウジング４の所定のカセットを搬入領域に載置される。

そして、カセット搬入領域に載置された第１のウエーハカセット７４に収容されていた研削加工前の半導体ウエーハが全て搬出されると、空のウエーハカセット７４に変えて複数個の半導体ウエーハを収容した新しい第１のウエーハカセット７４が手動でカセット搬入領域に載置される。

一方、ハウジング４の所定のカセット搬出領域に載置された第２のウエーハカセット７６に所定枚数の研削加工後の半導体ウエーハが搬入されると、かかる第２のウエーハカセット７６は手動で搬出されて、新しい空の第２のウエーハカセット７６がカセット搬出領域に載置される。

第１のウエーハカセット７４に収容された半導体ウエーハは、ウエーハ搬送ロボット７８の上下動作及び進退動作により搬送され、ウエーハ位置決めテーブル８０に載置される。

ウエーハ位置決めテーブル８０に載置されたウエーハは、ここで中心合わせが行われた後にローディングアーム８２の旋回動作によって、ウエーハ搬入・搬出領域に位置せしめられているチャックテーブルユニット５０のチャックテーブル５４に載置され、チャックテーブル５４によって吸引保持される。

このようにチャックテーブル５４がウエーハを吸引保持したならば、チャックテーブル移動機構５８を作動して、チャックテーブルユニット５０を移動して装置後方の研削領域に位置づける。

チャックテーブルユニット５０が研削領域に位置づけられると、チャックテーブル５４に保持されたウエーハの中心が研削ホイール３０の外周円を僅かに超えた位置に位置づけられる。

次に、チャックテーブル５４を例えば１００〜３００ｒｐｍ程度で回転し、サーボモータ２６を駆動して研削ホイール３０を４０００〜７０００ｒｐｍで回転するとともに、研削ユニット送り機構４４のパルスモータ４８を駆動して研削ユニット１６を下降させる。

そして、図６に示すように、研削ホイール３０の研削砥石３４をチャックテーブル５４上のウエーハ１１の裏面（被研削面）に所定の荷重で押圧することにより、ウエーハ１１の裏面が研削される。

このようにして所定時間研削することにより、ウエーハ１１が所定の厚さに研削される。ウエーハの研削中は、後で詳細に説明する非接触厚み計測装置５７によってウエーハの厚みを計測しながらウエーハの研削を遂行する。

研削が終了すると、チャックテーブル移動機構５８を駆動してチャックテーブル５４を装置手前側のウエーハ搬入・搬出領域に位置付ける。チャックテーブル５４がウエーハ搬入・搬出領域に位置付けられたならば、洗浄水噴射ノズル９０から洗浄水を噴射して、チャックテーブル５４に保持されている研削加工されたウエーハ１１の被研削面（裏面）を洗浄する。

チャックテーブル５４に保持されているウエーハ１１の吸引保持が解除されてから、ウエーハ１１はアンローディングアーム８４により洗浄手段８６に搬送される。洗浄手段８６に搬送されたウエーハ１１は、ここで洗浄されるとともにスピン乾燥される。次いで、ウエーハ１１がウエーハ搬送ロボット７８により第２のウエーハカセット７６の所定位置に収納される。

次に、図７を参照して、本発明のウエーハの研削方法を実施するのに適した非接触厚み計測装置５７の詳細について説明する。９２は非接触厚み計測装置５７のハウジングであり、このハウジング９２の先端部９２ａと、隔壁９４と、チャックテーブル５４の上面との間に水充填室９６が画成されている。

管路９８の一端９８ａは水源１００に接続され、他端９８ｂは水充填室９６に開口している。１０２は切替弁である。ハウジング９２の先端９２ａとチャックテーブル５４に保持されたウエーハ１１との間の間隔は約０．５〜１ｍｍに維持するのが好ましい。

切替弁１０２を開くと、水充填室９６内に流体層９７が形成される。水充填室９６内に供給される水は純水が好ましい。水充填室９６内に水を供給して流体層９７を形成するのは、ウエーハ１１の研削中にはチャックテーブル５４上に研削水が常に供給されて研削が行われるため、流体層９７を形成せずに超音波を放射すると、超音波は空気層及び不安定な研削水の層を通過するため、その伝達速度は安定しない。よって、超音波を流体層９７を介して伝達することにより、放射される超音波を安定させるためである。

１０６は超音波素子（超音波振動子）であり、その下端部が水充填室９６に突出するように隔壁９４に取り付けられている。超音波素子１０６は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＢ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ_３）等から構成されている。チタン酸ジルコン酸鉛は、ＰＺＴの通称で呼ばれることがある。

超音波素子１０６は、例えば６ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの超音波を発生する。超音波素子１０６が発生した超音波は流体層９７を伝達して、チャックテーブル５４に向けて放出される。パルス電圧発生部１０８は、例えば２５０Ｖのパルス電圧を１秒間に１０００回程度発振して超音波素子１０６を駆動する。

次に、図７に示された非接触厚み検出装置５７を使用してウエーハの厚みを計測しながらウエーハを研削する本発明実施形態のウエーハの研削方法について説明する。

まず、図７に示すように、チャックテーブル５４上にウエーハを載置せずに、パルス電圧発生部１０８でパルス電圧を発生して超音波素子１０６を駆動し、超音波素子１０６から超音波を放射させる。

そして、チャックテーブル５４の上面に向けて流体層９７を介して超音波を放射してからチャックテーブル５４の上面で反射した反射波が流体層９７を介して超音波素子１０６で受信されるまでの時間Ｔ１を時間計測部１１０で計測する。

次いで、図８（Ａ）に示すように、チャックテーブル５４の上面へ厚さｈの校正片１１６を載置し、チャックテーブル５４で校正片１１６を吸引保持する。そして、超音波素子１０６を駆動し、チャックテーブル５４で保持した厚さｈの校正片１１６に向けて流体層９７を介して超音波を放射してから校正片１１６の上面で反射した反射波を超音波素子１０６が流体層９７を介して受信するまでの時間Ｔ２を時間計測部１１０で計測する。

次いで、演算部１１２で時間Ｔ１，Ｔ２及び校正片１１６の厚さｈに基づいて、流体層９７を形成する流体の音速Ｃｒを算出する。即ち、流体の音速をＣｒとすると、下記の式（１）が成立する。

１／２Ｔ１×Ｃｒ＝１／２Ｔ２×Ｃｒ＋ｈ … （１）
式（１）から流体の音速Ｃｒは、Ｃｒ＝２ｈ／（Ｔ１−Ｔ２）として算出される。

次いで、チャックテーブル５４の上面から校正片１１６を取り外して、図８（Ｂ）に示すように、研削すべきウエーハ１１をチャックテーブル５４の上面へ載置し、チャックテーブル５４でウエーハ１１を吸引保持する。

そして、超音波素子１０６を駆動し、チャックテーブル５４で保持したウエーハ１１に向けて流体層９７を介して超音波を放射してからウエーハ１１の上面で反射した反射波を超音波素子１０６が流体層９７を介して受信するまでの時間Ｔ３を時間計測部１１０で計測する。

次いで、演算部１１２で時間Ｔ１，Ｔ３及び算出した流体の音速Ｃｒに基づいて、ウエーハ１１の厚さｔを算出する。即ち、ウエーハ１１の厚さをｔとすると、下記の式（２）が成立する。

１／２Ｔ１×Ｃｒ＝１／２Ｔ３Ｃｒ＋ｔ … （２）
式（２）からウエーハ１１の厚さｔは、ｔ＝（Ｔ１−Ｔ３）／２×Ｃｒとして算出される。

次いで、図８（Ｃ）に示すように、流体層９７を介して超音波をウエーハ１１に向けて放射してからウエーハ１１の下面で反射した反射波を超音波素子１０６が流体層９７を介して受信するまでの時間Ｔ４を時間計測部１１０で計測する。

そして、演算部１１２で時間Ｔ１〜Ｔ４及び流体の音速Ｃｒに基づいて、ウエーハ１１の音速Ｃｉを算出する。即ち、ウエーハ１１の音速をＣｉとすると、以下の式（３）が成立する。

Ｃｉ×（Ｔ４−Ｔ３）／２＝ｔ＝（Ｔ１−Ｔ３）／２×Ｃｒ … （３）
式（３）からウエーハ１１の音速Ｃｉは、Ｃｉ＝（Ｔ１−Ｔ３）Ｃｒ／（Ｔ４−Ｔ３）として算出される。このように、ウエーハ１１の音速Ｃｉが算出されると、研削中のウエーハ１１の厚みｔは、下記の式（４）から求めることができる。

ｔ＝（Ｔ４−Ｔ３）／２×Ｃｉ … （４）
ウエーハ１１の研削を継続することでＴ３とＴ４が変化し、演算部１１２で式（４）を演算して得られたウエーハ１１の厚みｔは研削装置２のコントローラ１１４に入力され、ウエーハ１１の厚みｔが所望厚さｔ´と一致した時に研削装置２によるウエーハ１１の研削を終了する。なお、図８において、校正片１１６及びウエーハ１１のサイズは実際のサイズより小さく描かれている。

以上説明した本発明実施形態のウエーハの研削方法によると、予め校正片１１６を用いて流体層９７の音速Ｃｒを求め、この流体層９７の音速Ｃｒから研削すべきウエーハ１１の音速Ｃｉを求めることで、超音波素子１０６とチャックテーブル５４間の距離が一定に保たれなくとも非接触でウエーハ１１の厚みを計測することが可能となる。

また、一つのロットのウエーハの研削後に次のロットのウエーハを研削する際には、先に求めた流体層９７の音速Ｃｒからウエーハの音速Ｃｉを求めることが可能であるため、研削前に研削すべき全てのウエーハの厚みや音速を測定するのに比べて作業効率が良く、生産性を向上することができる。

半導体ウエーハの表側斜視図である。保護テープが貼着された半導体ウエーハの裏面側斜視図である。本発明実施形態の研削方法を実施するのに適した研削装置の外観斜視図である。チャックテーブルユニット及びチャックテーブル送り機構の斜視図である。下側から見た研削ホイールの斜視図である。研削ホイールの縦断面図である。本発明の研削方法を実施するのに適した非接触厚み計測装置の一部断面ブロック図である。本発明の研削方法を説明する説明図である。

符号の説明

２研削装置
１１半導体ウエーハ
１６研削手段（研削ユニット）
２４スピンドル
２６サーボモータ
３０研削ホイール
３４研削砥石
５０チャックテーブルユニット
５４チャックテーブル
５７非接触厚み計測装置
１０６超音波素子
１０８パルス電圧発生部
１１０時間計測部
１１２演算部

Claims

チャックテーブルに保持された板状物を研削する板状物の研削方法であって、
該チャックテーブルの上面に向けて流体層を介して超音波を放射してから該チャックテーブルの上面で反射した反射波が該流体層を介して受信されるまでの時間Ｔ１を計測し、
該チャックテーブルの上面へ厚さｈの校正片を載置し、
該チャックテーブルで保持した厚さｈの校正片に向けて該流体層を介して超音波を放射してから該校正片の上面で反射した反射波を該流体層を介して受信するまでの時間Ｔ２を計測し、
前記時間Ｔ１，Ｔ２及び前記校正片の厚さｈに基づいて、該流体層を形成する流体の音速Ｃｒを算出し、
該チャックテーブルの上面から前記校正片を取り外して研削すべき板状物を該チャックテーブルの上面へ載置し、
該チャックテーブルで保持した該板状物に向けて該流体層を介して超音波を放射してから該板状物の上面で反射した反射波を該流体層を介して受信するまでの時間Ｔ３を計測し、
前記時間Ｔ１，Ｔ３及び算出した流体の音速Ｃｒに基づいて、該板状物の厚さｔを算出し、
該チャックテーブルで保持した厚さｔの板状物に向けて該流体層を介して超音波を放射してから該板状物の下面で反射した反射波を該流体層を介して受信するまでの時間Ｔ４を計測し、
前記時間Ｔ１−Ｔ４及び流体の音速Ｃｒに基づいて、該板状物の音速Ｃｉを算出し、
該板状物の研削を実施し、
（Ｔ４−Ｔ３）／２×Ｃｉで求まる該板状物の厚みｔが所望厚さに一致した時に研削を終了する、
各ステップを具備したことを特徴とする板状物の研削方法。