JP2009233809A - ウェーハの研削方法並びにウェーハ研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粗研削加工後、最終仕上げ研削前に、非接触式膜厚計を用い、最終仕上げ研削加工時には、接触式膜厚計を用いるようにしたウェーハ研削装置を提供する。
【解決手段】粗研削加工と、仕上げ研削加工とを実行するウェーハの研削方法において、粗研削加工後、仕上げ研削加工前に、非接触式の膜厚計でウェーハの厚さを実測し、仕上げ研削加工時においては、接触式膜厚計を用いると共に、非接触式の膜厚計の実測データを参照することで、仕上げ厚さの微調整を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハの研削方法並びにウェーハ研削装置に関するものである。

近年、半導体装置の高度の集積、実装化が進み、それに伴って半導体チップ（ダイ）を薄片化することが行われている。そのため、研削手段でダイシング前のウェーハの裏面を研削することが行われる。このウェーハの裏面研削加工時には、回路パターンが形成されたウェーハの表面に、保護テープを貼り付けて表面を保護した状態で行うようにしている。
さらに、裏面研削加工後は、ウェーハの裏面を研磨（ポリッシング）することにより歪みを除くことが行われ始めている。

ところで、ウェーハの厚さが薄くなるにつれ、ウェーハの仕上げ厚さには、高い寸法精度が要求されるところ、ウェーハの仕上げ厚さは、通常、保護テープを含めたものとされる。このため、保護テープの厚さのばらつきは、ウェーハの仕上げ厚さに直接影響する。

そこで、特許文献１では、ウェーハの厚さや、ウェーハ裏面の酸化膜や窒化膜の有無に影響を受けることなく、保護テープを除いた、ウェーハのみの厚さを正確に実測して、目的厚さのウェーハを確実に得るために、以下のような手段を採用している。
すなわち特許文献１では、粗研削時には、接触式厚さ実測器によってウェーハの厚さを、保護テープを含む総厚として実測しながらウェーハ裏面を研削し、仕上げ研削時には非接触式膜厚計によってウェーハのみの厚さを実測しながら研削し、目的の仕上げ厚さに達したら、研削を終えて、ウェーハの厚さを正確に仕上げ厚さとするとしている。

なお、非接触式膜厚計としては、例えば特許文献２がある。
この場合、特許文献２では、本体の底面に渦流変位計のための中空管状のプローブを取り付け、プローブの先端にコイルを設ける。また、底面において、中空管状のプローブの内側にレーザ変位計のレーザ照射部とレーザ受光部とを設ける。
そしてコイルにより交流磁界を生成し、金属板に渦電流を誘導する。
誘導された渦電流によるコイルのインダクタンス変化を検出し、プローブと金属板までの距離Ｌ２を算出する。
一方、レーザ照射部からレーザ光線を照射し、塗膜の表面で反射されたレーザ光線をレーザ受光部において検出する。三角測距の原理に基づいて、レーザ変位計と塗膜表面との間の距離Ｌ１を算出する。距離Ｌ１、Ｌ２に基づいて塗膜の厚さを算出する。

特開２００７−３３５４５８号公報 特開２００７−１１３９８０号公報

しかしながら、研削加工中はウェーハ研削面が、研削水と研削スラッジとで環境が安定せず、特許文献１のように仕上げ研削時に、非接触式膜厚計を用いることは、安定した測定が困難であり、また測定器も汚れてしまう。また、未加工時に測定を行うと、ウェーハの裏面に形成された酸化膜や窒化膜の影響を受けて、やはり正確にウェーハの厚さを測定したことにはならない場合が多い。
本発明は、以上のような課題を克服するために提案されたものであって、粗研削加工後、最終仕上げ研削前に、非接触式膜厚計で測定することにより、研削水と研削スラッジとの影響を受けることなく、安定した状態でウェーハのみの厚さを正確に測定することができ、これによって目的厚さのウェーハを確実に得ることができるウェーハ研削装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、ダイシング前の半導体ウェーハの裏面を研削するに当たり、粗研削加工と、仕上げ研削加工とを実行するウェーハの研削方法において、粗研削加工後、仕上げ研削加工前に、非接触式の膜厚計でウェーハの厚さを実測することを特徴とする。

これにより、研削加工中ではない安定した状態で研削水や研削スラッジの影響を受けることなく、非接触式の膜厚計でウェーハの厚さを実測することができる。

請求項２に記載の発明では、仕上げ研削加工時においては、接触式の膜厚計を用いてウェーハの厚さを逐時、実測すると共に、仕上げ研削加工前における非接触式の膜厚計による実測データを基に、仕上げ厚さの微調整を行うことを特徴とする。

これにより、仕上げ研削加工前に非接触式の膜厚計でウェーハのみの厚さを実測しているので、仕上げ研削加工時には、接触式の膜厚計、例えばインプロセスゲージであっても、保護テープの影響を受けることなく、目的の厚さに高精度に加工することができる。

さらに請求項３に記載の発明では、ウェーハを保持して、ウェーハを研削する研削手段と、研削手段を研削送りする送り手段とを備えたウェーハ研削装置において、送り手段により、研削手段を保持されたウェーハに向かって押込んで行う粗研削加工後、仕上げ研削加工前にウェーハの厚さを実測する非接触式の膜厚計と、仕上げ研削加工時にウェーハの厚さを実測する接触式の膜厚計と、仕上げ研削加工時に、接触式の膜厚計によりウェーハの厚さを逐時実測すると共に、非接触式の膜厚計の実測データを参照することで、仕上げ厚さの微調整を行う制御部とを具備することを特徴とする。

これにより、非接触式の膜厚計を用いるのは、粗研削加工後であり、研削水や研削スラッジの影響を受けることなく、安定した状態でウェーハの厚さを実測することができる。
また、仕上げ研削加工時には、加工前にウェーハのみの厚さを実測するため、接触式の膜厚計であっても、保護テープの影響を受けることなく、目的の厚さに高精度に加工することができる。

図１に半導体ウェーハの研削加工に用いられる、半導体ウェーハ研削装置１の一例を示す。この半導体ウェーハ研削装置１（以下、研削装置１）は、半導体ウェーハ２（以下、ウェーハ２）を保持する保持手段（後述）と、ウェーハ２を研削する研削手段３と、研削手段３を研削送りする送り手段４とを備えたものである。
なお、このウェーハ２の研削加工では、粗研削加工と、仕上げ研削加工とを実行する加工方法を採用しており、上述の研削装置１は、前加工として、粗研削加工用の研削装置（図示省略）において、粗研削加工が施されたものを、仕上げ研削加工を施すために用いるものとしている。

ウェーハ２は、図２に示すように、例えば回路パターン２ｃが形成された表面２ａ側に保護フィルム５を貼り合わせて構成されている。なお、ウェーハ２には、回路パターン２ｃが形成された表面２ａ側に保護フィルム５を貼り合わせる他、さらに支持基材（図示省略）を貼り合わせて構成しているものもある。
かかるウェーハ２は、保持手段として、モータ６により回転するターンテーブル７上面の、図示しないたとえば吸着プレート（チャック）に保持するようにしている。なお、ターンテーブル７は、円盤状に形成され、その下面にモータ６の出力軸８がターンテーブル７の中心軸と同軸上に取り付けられている。このターンテーブル７は、モータ６の駆動力によって図中矢印Ａ方向に回転される。
かかるウェーハ２は、後述する手段により厚さを実測するようにしているが、仕上げ研削加工前の厚さは例えば約７５０μｍであり、保護フィルム５の厚さは約１００μｍとしている。
そしてウェーハ２は、後述の研削手段３を送り手段４により、ウェーハ２の研削面である裏面２ｂに当接し、押込んでいくことで、所定の厚さ、例えば３０μｍ程度まで薄く研削加工するようにしている。

研削手段３は、装置本体９に立設した略Ｌ字状のラム１０先端側に設けて、図中、Ｚ方向に、往復動可能な送り手段４に取付けている。
すなわち研削手段３は、送り手段４を構成する軸部（後述）によって軸方向に移動するモータ１１の出力軸１２先端に取付けた研削砥石１３を有している。この際研削砥石１３は、その上面でモータ１１の出力軸１２が研削砥石１３の中心軸と同軸上に取り付けられ、このモータ１１の駆動力によって図中矢印Ｂ方向に回転される。

研削砥石１３は、ターンテーブル７で吸着保持されたウェーハ２の裏面２ｂを研削加工する砥石であり、例えば、液体ボンドを結合材とするダイヤモンド砥石が用いられる。結合材を液体ボンドにすることで、砥石が弾性を持ち、砥石１３とウェーハ２接触時の衝撃力が緩和され、ウェーハ裏面２ｂを高精度に加工することができる。研削砥石１３は、砥石部分１３ａを、ターンテーブル７で吸着保持されたウェーハ２の裏面２ｂに対向するようにしている。

次に、研削手段３を研削送りする送り手段４は、ボールネジ１４等を備えている。送り制御部（後述）により、モータ（図示省略）で、ボールネジ１４を駆動すると、研削砥石１３をウェーハ２に対してＺ方向に移動させることができる。よって、研削砥石１３をウェーハ２の裏面２ｂに押圧当接させて送り動作させることにより、ウェーハ２の裏面２ｂを研削砥石１３で研削することができる。

ボールネジ１４は、Ｌ字状に形成されたラム１０上に固定されている。ラム１０は、可動式であっても固定式であってもどちらでもよく任意であるが、この研削装置１のラム１０は固定式である。

そして、以上のように構成される、仕上げ研削加工用の研削装置１においては、制御システムとして、電源コントローラ他、ウェーハ２の厚さを実測するために、仕上げ研削工程時、ターンテーブル７で吸着保持されたウェーハ２の厚さを、リアルタイムで検出する検出手段１５を備えている。この検出手段１５としては、例えばインプロセスゲージなどの接触式の膜厚計がある。
インプロセスゲージは、接触式のいわゆるタッチセンサであり、接触子としてのプローブの変化が差動トランスによって電圧信号に変換され、変換された電圧信号に基づいてターンテーブル７上面とウェーハ裏面２ｂとの間の距離（Ｐ１−Ｐ２）、すなわちウェーハ２および保護フィルム５の厚さをリアルタイムに実測している。

また、研削装置１の制御システムとしては、制御部１６において、送り手段４のモータを制御する送り制御部１７に対し、ウエーハ２の厚さを実測する検出手段１５から実測値（Ｐ１−Ｐ２）にかかる信号を逐時取り込み、非接触式膜厚計２０（図３参照）による実測データを参照しつつ、送り手段４のモータに対し、ウェーハ２の仕上げ厚さを微調整するべく、制御信号を送出する設定としている。なお、非接触式膜厚計２０としては、例えば赤外線が金属やガラスやプラスチックを透過する性質を利用して、ウェーハ２と保護フィルム５との境界面で反射される赤外光の反射時間を計測することで、ウェーハ単体の厚さを測定するＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｙ）センサを用いることができる。

以上のように構成される研削装置１において、研削加工手順、並びに研削加工時における加工良否判定の手順について説明する。
先ず、ウエーハ２を粗研削加工用の研削装置（図示省略）にセットし、粗研削加工を施す。粗研削加工時には、仕上げ研削用の研削装置１における検出手段１５と同様な構成の他の検出手段によって、ウェーハの厚さをリアルタイムで実測される。
かかる粗研削加工時において、用いられる研削水や発生する研削スラッジを、ウェーハ２の研削面から除去した後、非接触式膜厚計２０を用いてウェーハ２の厚さを実測する（図３参照）。この実測データは、後述する仕上げ研削用の研削装置１の制御部１６に送出される。
このように、粗研削加工用の研削装置では、粗研削加工後に厚さの実測を行うようにしたため、研削水や研削スラッジの影響を受けることなく、非接触式膜厚計２０でウェーハ２の厚さを正確に実測することができる。
従って、粗研削加工後に、ウェーハ２の正確な厚さを把握することができるため、仕上げ研削加工用の研削装置１により、目標とする厚さまで、ウェーハ２の研削を行うことができる。

粗研削加工後に、ウェーハ２を、仕上げ研削加工用の研削装置１に、図１に示すように、ウェーハ２の表面２ａに貼り合わされた保護フィルム５を下向きにして、ウェーハ２をターンテーブル７の上面に保持させる。
次に、ウェーハ２をモータ６で回転させると共に、ラム１０先端側の送り手段４に取り付けられた研削手段３における研削砥石１３をモータ１１で回転させる。次いで、送り制御部１７より制御指令を発して、モータに電力を供給し、ボールネジ１４を駆動して研削砥石１３を下降移動させる。
研削砥石１３の砥石部分１３ａをウェーハ２の裏面２ｂに当接させ、ターンテーブル７の回転毎に所定の切込み量だけ研削砥石１３を下降させて仕上げ研削を行う。

ところで、以上のような仕上げ研削加工時、ターンテーブル７で吸着保持されたウェーハ２の厚さを、検出手段１５としてのインプロセスゲージにより、ターンテーブル７上面とウェーハ裏面２ｂとの間の距離（Ｐ１−Ｐ２）にかかる信号が、逐時取出され、ウェーハ２の厚さとしてリアルタイムに実測している。この距離（Ｐ１−Ｐ２）にかかる信号は、制御部１６における、送り手段４のモータを制御する送り制御部１７に送られる。
また、かかる送り制御部１７には、粗研削加工後に、非接触式膜厚計２０を用いて実測したウェーハ２の厚さの実測データが送られている。
これにより、送り制御部１７は、非接触式膜厚計を用いて実測したウェーハ２の厚さの実測データと、仕上げ研削加工の進行と共に逐時実測されるインプロセスゲージによる、ターンテーブル７上面とウェーハ裏面２ｂとの間の距離（Ｐ１−Ｐ２）とから、送り手段４のモータに対し、ウェーハ２の仕上げ厚さを微調整するべく、制御信号を送出し、ウェーハ２の厚さを目標とする厚さに仕上げ研削することができるのである。

以上のようにして裏面２ｂの研削加工が正常に終了すると、研削砥石１３をウェーハ２から退避移動させ、モータ１１を停止して研削砥石１３の回転を停止させる。これにより、研削装置１による研削工程が終了する。

研削終了後は、ウェーハ２をターンテーブル７に固定させたままの状態で、図示しない研磨装置によりポリッシングが行われ、加工変質層などが取り除かれる。これにより、ウェーハ２の不用意な割れなどの破損が防止される。研磨終了したウェーハ２は、ターンテーブル７から取り外されて、ウェーハ処理工程等の次工程に移送され、コーティングやダイシングが行われる。

以上のように、本実施形態のウェーハ２の研削では、先ず粗研削加工を行い、粗研削加工後に、非接触式膜厚計２０でウェーハ２の厚さを実測し、次いで最終仕上げ研削加工を行うようにした。このため、ウェーハ２の研削面は、加工中と異なり、用いられる研削水や生ずる研削スラッジによる影響を受けることなく、非接触式膜厚計２０でウェーハ２のみの厚さを正確に実測することができる。
また、仕上げ研削加工時には、接触式であるインプロセスゲージであっても、仕上げ研削加工前に、非接触式膜厚計２０でウェーハ２のみの厚さを実測しているため、保護テープの影響を受けることなく、ウェーハ２の厚さを目標の厚さに高精度に加工することができる。
なお、非接触式膜厚計２０は、加工時には、汚れた環境から隔離するようにすれば、実測器の汚れや故障防止に寄与することができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではないことは勿論である。
例えば、検出手段１５として、インプロセスゲージを用いているが、ターンテーブル７に固定されるウェーハ２の裏面位置を測定できるものであれば、他の測定手段に変えることもできる。

さらに、上記実施形態では、粗研削後に粗研削軸で非接触膜厚計により測定しているが、仕上げ研削軸で仕上げ研削加工前に測定しても同様である。

本発明にかかる半導体ウェーハの研削工程のうち、仕上げ研削加工を実行するウェーハ研削装置の一例を示す、要部システム構成図である。 図１に示す研削対象であるウェーハの一例とその厚さを実測する手法を示した、要部拡大的断面説明図である。 粗研削加工後になされる、非接触式膜厚計によりウェーハの厚さを実測する手法を示した、要部拡大的断面説明図である。

符号の説明

１ 研削装置
２ ウェーハ
２ａ 表面
２ｂ 裏面
２ｃ 回路パターン
３ 研削手段
４ 送り手段
５ 保護フィルム
６ モータ
７ ターンテーブル
８ 出力軸
９ 装置本体
１０ ラム
１１ モータ
１２ 出力軸
１３ 研削砥石
１３ａ 砥石部分
１４ ボールネジ
１５ 検出手段（接触式膜厚計）
１６ 制御部
１７ 送り制御部
２０ 非接触式膜厚計

Claims (3)

1. ダイシング前のウェーハの裏面を研削するに当たり、粗研削加工と、仕上げ研削加工とを実行するウェーハの研削方法において、
   前記粗研削加工後、前記仕上げ研削加工前に、非接触式の膜厚計で前記ウェーハの厚さを実測することを特徴とするウェーハの研削方法。
2. 前記仕上げ研削加工時においては、接触式の膜厚計を用いて前記ウェーハの厚さを逐時、実測すると共に、前記仕上げ研削加工前における非接触式の膜厚計による実測データを基に、仕上げ厚さの微調整を行うことを特徴とする請求項１に記載のウェーハの研削方法。
3. ウェーハを保持して、ウェーハを研削する研削手段と、研削手段を研削送りする送り手段とを備えたウェーハ研削装置において、
   前記送り手段により、前記研削手段を保持されたウェーハに向かって押込んで行う粗研削加工後、仕上げ研削加工前に前記ウェーハの厚さを実測する非接触式の膜厚計と、
   前記仕上げ研削加工時に前記ウェーハの厚さを実測する接触式の膜厚計と、
   前記仕上げ研削加工時に、前記接触式の膜厚計により前記ウェーハの厚さを逐時実測すると共に、前記非接触式の膜厚計の実測データを参照することで、仕上げ厚さの微調整を行う制御部と、
   を具備することを特徴とするウェーハ研削装置。

Images