JP2010137338A - ウエーハの研削方法および研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粒径が細かい砥粒からなる研削砥石であってもウエーハを研削する際に、ウエーハに対する所謂食いつきを良好にして面焼けの発生を防止することができるウエーハの研削方法および研削装置を提供する。
【解決手段】ウエーハを保持面上に保持したチャックテーブルを回転するとともに、研削ホイールを回転しつつチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向にウエーハに向けて研削送りするウエーハの研削方法であって、研削ホイールの研削面がチャックテーブルの保持面に保持されたウエーハに接触した際に、研削ホイールとチャックテーブルを保持面と平行に相対的に所定量移動し、ウエーハの中心を該研削ホイールの研削面が通過するように位置付け、その後研削ホイールを研削送り終了位置まで研削送りする。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハの裏面を研削して所定の厚みに形成するウエーハの研削方法および研削装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが複数個形成された半導体ウエーハは、個々のデバイスに分割される前にその裏面を研削装置によって研削して所定の厚みに形成されている。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手段を具備している。ウエーハの裏面を効率的に研削するために、一般に粗研削ホイールを備えた粗研削手段と仕上げ研削ホイールを備えた仕上げ研削手段とを具備する研削装置が用いられている。（例えば、特許文献１参照）
特開２００１−１２６１号公報

上述した粗研削手段と仕上げ研削手段を具備する研削装置を用いて研削するには、チャックテーブルに保持されたウエーハを粗研削手段によって仕上げ代を残して粗研削した後、仕上げ研削手段によって粗研削されたウエーハを仕上げ研削してウエーハを所定の厚みに形成する。

而して、粗研削手段によって研削されたウエーハを仕上げ研削手段によって研削すると、仕上げ研削手段の仕上げ研削ホイールを構成する仕上げ研削砥石の砥粒は粒径が細かいために、ウエーハに対する所謂食いつきが弱く面焼けが生じたり、研削送りに伴い押圧力が増大してウエーハの品質を低下させるという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、粒径が細かい砥粒からなる研削砥石であってもウエーハを研削する際に、ウエーハに対する所謂食いつきを良好にして面焼けの発生を防止することができるウエーハの研削方法および研削装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ウエーハを保持面上に保持したチャックテーブルを回転するとともに、研削ホイールを回転しつつ該チャックテーブルの保持面に対して垂直な方向にウエーハに向けて研削送りするウエーハの研削方法であって、
該研削ホイールの研削面がチャックテーブルの保持面に保持されたウエーハに接触した際に、該研削ホイールと該チャックテーブルを保持面と平行に相対的に所定量移動し、ウエーハの中心を該研削ホイールの研削面が通過するように位置付け、その後該研削ホイールを研削送り終了位置まで研削送りする、
ことを特徴とするウエーハの研削方法が提供される。

また、本発明によれば、ウエーハを保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持されたウエーハを研削する研削ホイールおよび該研削ホイールを回転駆動する電動モータを備えた研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルの保持面に対して垂直な方向に研削送りする研削送り手段と、該研削ホイールと該チャックテーブルを保持面と平行に相対的に移動せしめる移動手段と、該研削ホイールを回転駆動する電動モータに供給する電力の負荷電流値を検出する負荷電流値検出手段と、該負荷電流値検出手段からの検出信号に基づいて該研削送り手段を制御する制御手段と、を具備する研削装置において、
ウエーハを保持面上に保持した該チャックテーブルを回転するとともに、該研削ホイールを回転しつつ該チャックテーブルの保持面に対して垂直な方向にウエーハに向けて研削送りする際に、
該制御手段は、該負荷電流値検出手段から入力された負荷電流値に基づいて、該研削ホイールがウエーハに接触することにより負荷電流値が所定量上昇したとき、該移動手段を作動して該研削ホイールと該チャックテーブルを保持面と平行に相対的に所定量移動し、ウエーハの中心を該研削ホイールの研削面が通過するように位置付け、その後も該研削送り手段による研削送りを研削終了位置まで実行する、
ことを特徴とする研削装置が提供される。

上記研削ホイールとチャックテーブルを保持面と平行に相対的に移動する所定量は、１秒の間に２〜５mmに設定されている。

本発明によれば、研削ホイールの研削面がチャックテーブルの保持面に保持されたウエーハに接触した際に、研削ホイール該チャックテーブルを保持面と平行に相対的に所定量移動し、ウエーハの中心を研削ホイールの研削面が通過するように位置付けるので、研削ホイールを構成する研削砥石の砥粒の粒径が細かくてもウエーハに対する所謂食いつきが良好となり、面焼けの発生を防止することができる。

以下、本発明によるウエーハの研削方法および研削装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成された研削装置の斜視図が示されている。
図１に示す研削装置は、全体を番号２で示す装置ハウジングを具備している。装置ハウジング２は、細長く延在する直方体形状の主部２１と、該主部２１の後端部（図１において右上端）に設けられ上方に延びる直立壁２２とを有している。直立壁２２の前面には、上下方向に延びる一対の案内レール２２１、２２１が設けられている。この一対の案内レール２２１、２２１に研削手段としての研削ユニット３が上下方向に移動可能に装着されている。

研削ユニット３は、移動基台３１と該移動基台３１に装着されたスピンドルユニット３２を具備している。移動基台３１は、後面両側に上下方向に延びる一対の脚部３１１、３１１が設けられており、この一対の脚部３１１、３１１に上記一対の案内レール２２１、２２１と摺動可能に係合する被案内溝３１２、３１２が形成されている。このように直立壁２２に設けられた一対の案内レール２２１、２２１に摺動可能に装着された移動基台３１の前面には前方に突出した支持部３１３が設けられている。この支持部３１３にスピンドルユニット３２が取り付けられる。

スピンドルユニット３２は、支持部３１３に装着されたスピンドルハウジング３２１と、該スピンドルハウジング３２１に回転自在に配設された回転スピンドル３２２と、該回転スピンドル３２２を回転駆動するためのサーボモータ等の電動モータ３２３とを具備している。回転スピンドル３２２の下端部はスピンドルハウジング３２１の下端を越えて下方に突出せしめられており、その下端にはマウンター３２４が設けられている。このマウンター３２４の下面に研削ホイール３２５が装着される。研削ホイール３２５は、環状の基台３２６と該基台３２６の下面に環状に装着された研削砥石３２７とからなっており、環状の基台３２６がマウンター３２４に締結ボルト３２８によって取付けられる。なお、スピンドルユニット３２は、上記電動モータ３２３に供給する電力の負荷電流値を検出する負荷電流値検出手段３３を具備している。この負荷電流値検出手段３３は、検出した負荷電流値を後述する制御手段に送る。

図１に示す研削装置は、上記研削ユニット３を上記一対の案内レール２２１、２２１に沿って上下方向（後述するチャックテーブルの保持面と垂直な方向）に移動せしめる研削送り手段４を備えている。この研削送り手段４は、直立壁２２の前側に配設され上下方向に延びる雄ねじロッド４１を具備している。この雄ねじロッド４１は、その上端部および下端部が直立壁２２に取り付けられた軸受部材４２および４３によって回転自在に支持されている。上側の軸受部材４２には雄ねじロッド４１を回転駆動するための駆動源としてのパルスモータ４４が配設されており、このパルスモータ４４の出力軸が雄ねじロッド４１に伝動連結されている。移動基台３１の後面にはその幅方向中央部から後方に突出する連結部（図示していない）も形成されており、この連結部には上下方向に延びる貫通雌ねじ穴が形成されており、この雌ねじ穴に上記雄ねじロッド４１が螺合せしめられている。従って、パルスモータ４４が正転すると移動基台３１即ち研削ユニット３が下降即ち前進せしめられ、パルスモータ４４が逆転すると移動基台３１即ち研削ユニット３が上昇即ち後退せしめられる。

図１および図２を参照して説明を続けると、ハウジング２の主部２１の後半部にはチャックテーブル機構５が配設されている。チャックテーブル機構５は、支持基台５１とこの支持基台５１に回転自在に配設されたチャックテーブル５２とを含んでいる。支持基台５１は、主部２１の後半部に前後方向（直立壁２２の前面に垂直な方向）である矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に延在する一対の案内レール２３、２３上に摺動自在に載置された移動基台５３上に配設されており、後述するチャックテーブル機構移動手段５６によって図１に示す被加工物搬入・搬出域２４（図２において実線で示す位置）と上記スピンドルユニット３２を構成する研削工具３２５の研削砥石３２７と対向する研削域２５（図２において２点鎖線で示す位置）との間で移動せしめられる。

上記チャックテーブル５２は、上面に被加工物としてのウエーハを載置する保持面を有し、上記支持基台５１に回転可能に支持されている。このチャックテーブル５２は、その下面に装着された回転軸（図示せず）に連結されたサーボモータ等の電動モータ５４によって回転せしめられる。なお、チャックテーブル５２は、図示しない吸引手段に接続されている。従って、チャックテーブル５２を図示しない吸引手段に選択的に連通することにより、保持面上に載置されたウエーハを吸引保持する。

図２を参照して説明を続けると、図示の研削装置は、上記チャックテーブル機構５を一対の案内レール２３、２３に沿ってチャックテーブル５２の上面である保持面と平行に矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に移動せしめるチャックテーブル機構移動手段５６を具備している。チャックテーブル機構移動手段５６は、一対の案内レール２３間に配設され案内レール２３と平行に延びる雄ねじロッド５６１と、該雄ねじロッド５６１を回転駆動するサーボモータ５６２を具備している。雄ねじロッド５６１は、上記移動基台５３に設けられたねじ穴５３１と螺合して、その先端部が一対の案内レール２３、２３を連結して取り付けられた軸受部材５６３によって回転自在に支持されている。サーボモータ５６２は、その駆動軸が雄ねじロッド５６１の基端と伝動連結されている。従って、サーボモータ５６２が正転すると移動基台５３即ちチャックテーブル機構５が矢印２３ａで示す方向に移動し、サーボモータ５６２が逆転すると移動基台５３即ちチャックテーブル機構５が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる。矢印２３ａおよび２３ｂで示す方向に移動せしめられるチャックテーブル機構５は、図２において実線で示す被加工物搬入・搬出域と２点鎖線で示す研削域に選択的に位置付けられる。

図１に戻って説明を続けると、上記チャックテーブル機構５を構成する支持基台５１の移動方向両側には、図１に示すように横断面形状が逆チャンネル形状であって、上記一対の案内レール２３、２３や雄ねじロッド５６１およびサーボモータ５６２等を覆っている蛇腹手段６１および６２が付設されている。蛇腹手段６１および６２はキャンパス布の如き適宜の材料から形成することができる。蛇腹手段６１の前端はハウジング２を構成する主部２１の後半部の前面壁に固定され、後端はチャックテーブル機構５の支持基台５１の前端面に固定されている。蛇腹手段６２の前端はチャックテーブル機構５の支持基台５１の後端面に固定され、後端は装置ハウジング２の直立壁２２の前面に固定されている。チャックテーブル機構５が矢印２３ａで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６１が伸張されて蛇腹手段６２が収縮され、チャックテーブル機構５が矢印２３ｂで示す方向に移動せしめられる際には蛇腹手段６１が収縮されて蛇腹手段６２が伸張せしめられる。

図１に基づいて説明を続けると、装置ハウジング２の主部２１における前半部上には、第１のカセット１１と、第２のカセット１２と、ウエーハ仮載置手段１３と、洗浄手段１４と、ウエーハ搬送手段１５と、ウエーハ搬入手段１６およびウエーハ搬出手段１７が配設されている。第１のカセット１１は研削加工前の被加工物としての半導体ウエーハ１０を収納し、装置ハウジング２の主部２１におけるカセット搬入域に載置される。なお、第１のカセット１１に収容される半導体ウエーハ１０は、表面に保護テープTを貼着した状態で裏面を上にして収容される。第２のカセット１２は装置ハウジング２の主部２１におけるカセット搬出域に載置され、研削加工後の半導体ウエーハ１０を収納する。ウエーハ仮載置手段１３は第１のカセット１１と被加工物搬入・搬出域２４との間に配設され、研削加工前の半導体ウエーハ１０を仮載置する。洗浄手段１４は被加工物搬入・搬出域２４と第２のカセット１２との間に配設され、研削加工後の半導体ウエーハ１０を洗浄する。ウエーハ搬送手段１５は第１のカセット１１と第２のカセット１２との間に配設され、第１のカセット１１内に収納された半導体ウエーハ１０をウエーハ仮載置手段１３に搬出するとともに洗浄手段１４で洗浄された半導体ウエーハ１０を第２のカセット１２に搬送する。

上記ウエーハ搬入手段１６はウエーハ仮載置手段１３と被加工物搬入・搬出域２４との間に配設され、ウエーハ仮載置手段１３上に載置された研削加工前の半導体ウエーハ１０を被加工物搬入・搬出域２４に位置付けられたチャックテーブル機構５のチャックテーブル５２上に搬送する。ウエーハ搬出手段１７は、被加工物搬入・搬出域２４と洗浄手段１４との間に配設され、被加工物搬入・搬出域２４に位置付けられたチャックテーブル５２上に載置されている研削加工後の半導体ウエーハ１０を洗浄手段１４に搬送する。

なお、研削加工前の半導体ウエーハ１０を所定数収容した第１のカセット１１は、装置ハウジング２の主部２１における所定のカセット搬入域に載置される。そして、カセット搬入域に載置された第１のカセット１１に収容されていた研削加工前の半導体ウエーハ１０が全て搬出されると、空のカセット１１に代えて研削加工前の複数個の半導体ウエーハ１０を所定数収容した新しいカセット１１が手動でカセット搬入域に載置される。一方、装置ハウジング２の主部２１における所定のカセット搬出域に載置された第２のカセット１２に研削加工後の半導体ウエーハ１０が所定数搬入されると、かかる第２のカセット１２が手動で搬出され、新しい空の第２のカセット１２が載置される。

図示の実施形態における研削装置は、図３に示す制御手段７を具備している。制御手段７はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）７１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）７２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３と、入力インターフェース７４および出力インターフェース７５とを備えている。このように構成された制御手段７の入力インターフェース７４には、負荷電流値検出手段３３等からの検出信号が入力される。また、出力インターフェース７５からは上記回転スピンドル３２２を回転駆動するための電動モータ３２３、研削送り手段４のパルスモータ４４、チャックテーブル５２を回転駆動するための電動モータ５４、チャックテーブル機構移動手段５６のサーボモータ５６２等に制御信号を出力する。

図示の研削装置は以上のように構成されており、以下その作用について、主に図１を参照して説明する。
第１のカセット１１に収容された研削加工前の被加工物としての半導体ウエーハ１０はウエーハ搬送手段１５の上下動作および進退動作により搬送され、ウエーハ仮載置手段１３に載置される。ウエーハ仮載置手段１３に載置された半導体ウエーハ１０は、ここで中心合わせが行われた後にウエーハ搬入手段１６の旋回動作によって被加工物搬入・搬出域２４に位置付けられているチャックテーブル機構７のチャックテーブル５２上に載置される。チャックテーブル５２上に載置された被加工物としての半導体ウエーハ１０は、図示しない吸引手段によってチャックテーブル５２上に吸引保持される。

チャックテーブル５２上に半導体ウエーハ１０を吸引保持したならば、制御手段７はチャックテーブル機構移動手段５６を作動してチャックテーブル機構５を矢印２３ａで示す方向に移動し、研削域２５の研削開始位置に位置付ける。図４は、チャックテーブル５２が研削開始位置に位置付けられた状態を示している。即ち、チャックテーブル５２に保持された半導体ウエーハ１０の中心（チャックテーブル５２の回転中心P）が研削ホイール３２５の研削砥石３２７の外周縁の直下に位置付けられ、研削ホイール３２５はチャックテーブル５２に保持された半導体ウエーハ１０の上方の待機位置に位置付けられている。次に制御手段７は、電動モータ５４を作動してチャックテーブル５２を図４において矢印５２aで示す方向に例えば３００ｒｐｍ程度で回転するとともに、上記電動モータ３２３を駆動し回転スピンドル３２２を回転して研削ホイール３２５を図４において矢印３２５aで示す方向に例えば３０００ｒｐｍの回転速度で回転しつつ、上記研削送り手段４のパルスモータ４４を正転駆動して研削ユニット３を図４において矢印Z1で示す方向（下方向）に例えば１μm／秒の研削送り速度で研削送りする。このように研削送りが開始されると、制御手段７には上記負荷電流値検出手段３３から研削ホイール３２５を回転駆動する電動モータ３２３に供給する電力の負荷電流値が入力される。

図４に示す状態から研削ホイール３２５が矢印Z1で示す方向（下方向）に研削送りされ、図５に示すように研削砥石３２７の下面である研削面がチャックテーブル５２に保持された半導体ウエーハ１０の上面（被加工面）に接触すると、研削ホイール３２５を回転駆動する電動モータ３２３の負荷電流値が漸次上昇する。この電動モータ３２３の負荷電流値の変化について、図６を参照して説明する。電動モータ３２３の負荷電流値は、研削ホイール３２５が図４に示す待機位置の時点ｔ0（無負荷状態）においては例えば１０アンペア(A)であり、研削砥石３２７の下面である研削面がチャックテーブル５２に保持された半導体ウエーハ１０の上面（被加工面）に接触する時点ｔ1までは無負荷状態であり１０アンペア(A)で推移する。そして、研削砥石３２７の下面である研削面がチャックテーブル５２に保持された半導体ウエーハ１０の上面（被加工面）に接触する時点ｔ1から電動モータ３２３の負荷電流値は漸次上昇し、研削送り速度が１μm／秒の場合には１５アンペア(A)まで上昇して、以後１５アンペア(A)で推移する。

上述した負荷電流値検出手段３３によって検出された電動モータ３２３の負荷電流値に基づいて、制御手段７は負荷電流値が無負荷状態である１０アンペア(A)から例えば１０％上昇した１１アンペア(A)に達したならば、チャックテーブル機構移動手段５６のサーボモータ５６２を作動して、図５に示すようにチャックテーブル５２を矢印２３aで示す方向に所定量(S)移動せしめる。この移動は１秒の間に実施し、所定量(S)は２〜５mmが望ましく、図示の実施形態においては２．５mmに設定されている。そして、チャックテーブル５２に保持された半導体ウエーハ１０の中心（チャックテーブル５２の回転中心P）を研削砥石３２７の下面である研削面が通過するように位置付ける（研削始動工程）。このように、研削砥石３２７の下面である研削面が半導体ウエーハ１０の上面（被加工面）に接触した際に、半導体ウエーハ１０を保持したチャックテーブル５２を保持面に平行に僅か移動することにより、研削砥石３２７の砥粒の粒径が細かくても半導体ウエーハ１０に対する所謂食いつきが良好となり、面焼けの発生を防止することができる。

上述した研削始動工程を実施した後も制御手段７は研削送り手段４のパルスモータ４４を正転駆動して上記研削送りを継続し、研削ホイール３２５を研削送り終了位置まで研削送りする。この結果、半導体ウエーハ１０は設定された厚みに研削される。このようにして、研削作業が終了したら、研削送り手段４のパルスモータ４４を逆転駆動してスピンドルユニット３２を待機位置まで上昇させるとともに電動モータ３２３の回転を停止して研削ホイール３２５の回転を停止し、更に、チャックテーブル５２の回転を停止する。

次に、図２に示すチャックテーブル機構移動手段５６を作動してチャックテーブル５２を矢印２３ｂで示す方向に移動して被加工物搬入・搬出域２４（図１参照）に位置付ける。このようにしてチャックテーブル５２を被加工物搬入・搬出域２４に位置付けたならば、ウエーハ搬出手段１７を作動して半導体ウエーハ１０をチャックテーブル５２から搬出し、洗浄手段１４に搬送する。洗浄手段１４に搬送された半導体ウエーハ１０は、ここで洗浄された後に被加工物搬送手段１５よって第２のカセット１２の所定位置に収納される。

本発明に従って構成された研削装置の斜視図。 図１に示す研削装置に装備されるチャックテーブル機構およびチャックテーブル移動機構を示す斜視図。 図１に示す研削装置に装備される制御手段の構成ブロック図。 図１に示す研削装置を構成するチャックテーブルを研削開始位置に位置付けた状態を示す説明図。 図１に示す研削装置を用いて実施する研削始動工程の説明図。 図１に示す研削装置を用いて研削工程を実施する際に研削ホイールを回転駆動する電動モータに供給する電力の負荷電流の変化を示す図。

符号の説明

２：研削装置の装置ハウジング
３：研削ユニット
３２：スピンドルユニット
３２２：回転スピンドル
３２５：研削ホイール
４：研削送り手段
５：チャックテーブル機構
５２：チャックテーブル
１０：半導体ウエーハ
１１：第１のカセット
１２：第２のカセット
１３：ウエーハ仮載置手段
１４：洗浄手段
１５：ウエーハ搬送手段
１６：ウエーハ搬入手段
１７：ウエーハ搬出手段

Claims (4)

1. ウエーハを保持面上に保持したチャックテーブルを回転するとともに、研削ホイールを回転しつつ該チャックテーブルの保持面に対して垂直な方向にウエーハに向けて研削送りするウエーハの研削方法であって、
   該研削ホイールの研削面がチャックテーブルの保持面に保持されたウエーハに接触した際に、該研削ホイールと該チャックテーブルを保持面と平行に相対的に所定量移動し、ウエーハの中心を該研削ホイールの研削面が通過するように位置付け、その後該研削ホイールを研削送り終了位置まで研削送りする、
   ことを特徴とするウエーハの研削方法。
2. 該研削ホイールと該チャックテーブルを保持面と平行に相対的に移動する所定量は、１秒の間に２〜５mmに設定されている、請求項１記載のウエーハの研削方法。
3. ウエーハを保持する保持面を備えたチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持されたウエーハを研削する研削ホイールおよび該研削ホイールを回転駆動する電動モータを備えた研削手段と、該研削手段を該チャックテーブルの保持面に対して垂直な方向に研削送りする研削送り手段と、該研削ホイールと該チャックテーブルを保持面と平行に相対的に移動せしめる移動手段と、該研削ホイールを回転駆動する電動モータに供給する電力の負荷電流値を検出する負荷電流値検出手段と、該負荷電流値検出手段からの検出信号に基づいて該研削送り手段を制御する制御手段と、を具備する研削装置において、
   ウエーハを保持面上に保持した該チャックテーブルを回転するとともに、該研削ホイールを回転しつつ該チャックテーブルの保持面に対して垂直な方向にウエーハに向けて研削送りする際に、
   該制御手段は、該負荷電流値検出手段から入力された負荷電流値に基づいて、該研削ホイールがウエーハに接触することにより負荷電流値が所定量上昇したとき、該移動手段を作動して該研削ホイールと該チャックテーブルを保持面と平行に相対的に所定量移動し、ウエーハの中心を該研削ホイールの研削面が通過するように位置付け、その後も該研削送り手段による研削送りを研削終了位置まで実行する、
   ことを特徴とする研削装置。
4. 該研削ホイールと該チャックテーブルを保持面と平行に相対的に移動する所定量は、１秒の間に２〜５mmに設定されている、請求項３記載のウエーハの研削装置。

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