JP2010238765A - 半導体ウェーハの両面研削装置及び両面研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの両面に接触式の厚みセンサに起因するキズが付くことを抑制できる半導体ウェーハの両面研削装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明の両面研削装置１０は、ウェーハ１を鉛直方向に立てた姿勢で支持して軸線１ａ周りに回転させる回転駆動部１３、１４と、ウェーハ１の両面３、４に供給する流体２５の圧力により両面３、４を支持する静圧パッド２１、２６と、ウェーハ１の回転軸線１ａと平行な軸線３１ａ、３６ａの周りに回転してウェーハ１の両面３、４を研削する研削用砥石３１、３６と、ウェーハ１の両面３、４に接触する位置と接触しない位置との間を移動可能であり、接触位置にある場合にウェーハ１の厚みを監視する厚みセンサと、研削用砥石３１、３６による両面研削工程の開始から所定の段階まで厚みセンサを非接触位置に保持し、所定の段階から両面研削工程の終了まで厚みセンサを接触位置に保持する切り換え部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハの両面研削装置及び両面研削方法に関する。

従来から、半導体ウェーハを鉛直方向に立てた姿勢に支持して軸線周りに回転させながら両面を研削する両面研削装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような両面研削装置では、回転する半導体ウェーハの両面に厚みセンサを接触させた状態に保持し、厚みセンサにより両面研削の開始から終了まで継続して半導体ウェーハの厚みを監視しながら両面研削工程を実行する。

ところで、両面研削工程に供される半導体ウェーハは、前工程としてのスライス工程において、ワイヤソー等によって所定の厚さにスライスされる。
このスライス工程において、半導体ウェーハの両面にはワイヤソー等によるソーマークが形成されている。ソーマークとは、ワイヤソー等によりスライスされた半導体ウェーハの両面に残る起伏、段差等の切断痕のことである。

特開２００６−３３２２８１号公報

しかしながら、両面研削装置にセットした半導体ウェーハの両面に厚みセンサを接触させた状態で半導体ウェーハを回転させると、半導体ウェーハの両面のソーマークが厚みセンサを通過する際に厚みセンサを跳ね上げる。これにより厚みセンサが微小に振動し、半導体ウェーハの両面にキズを付ける場合がある。

このような厚みセンサの振動により半導体ウェーハの両面に付くキズは、両面研削工程を実行しても消滅しないほど深い場合が多い。このキズは、両面研削工程後に片面ずつ研削する仕上げ研削工程でも消滅しないため、出荷工程で製品不良として発見されることになる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、半導体ウェーハの両面に接触式の厚みセンサに起因するキズが付くことを抑制することができる半導体ウェーハの両面研削装置及び両面研削方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の半導体ウェーハの両面研削装置は、半導体ウェーハを鉛直方向に立てた姿勢で支持して軸線周りに回転させる回転駆動部と、前記半導体ウェーハの両面に供給する流体の圧力により当該両面を支持する一対の静圧パッドと、前記半導体ウェーハの回転軸線と平行な軸線周りに回転して当該半導体ウェーハの両面を研削する一対の研削用砥石と、前記半導体ウェーハの両面に接触する接触位置と接触しない非接触位置との間を移動可能であり、前記接触位置にある場合に前記半導体ウェーハの厚みを監視する厚みセンサと、前記研削用砥石による両面研削工程の開始から所定の段階まで前記厚みセンサを前記非接触位置に保持し、前記所定の段階から両面研削工程の終了まで前記厚みセンサを前記接触位置に保持する切り換え部と、を備えることを特徴とする。

（２）前記所定の段階は、半導体ウェーハの両面からソーマークが実質的に消滅する段階であることが好ましい。

（３）前記所定の段階は、両面研削工程の開始からあらかじめ設定された時間が経過する時期であることが好ましい。

（４）本発明の半導体ウェーハの両面研削方法は、半導体ウェーハを鉛直方向に立てた姿勢で支持して軸線周りに回転させる回転駆動部と、前記半導体ウェーハの両面に供給する流体の圧力により当該両面を支持する一対の静圧パッドと、前記半導体ウェーハの回転軸線と平行な軸線周りに回転して当該半導体ウェーハの両面を研削する一対の研削用砥石と、前記半導体ウェーハの両面に接触する接触位置と接触しない非接触位置との間を移動可能であり、前記接触位置にある場合に前記半導体ウェーハの厚みを監視する厚みセンサと、備える両面研削装置を用いた半導体ウェーハの両面研削方法であって、前記研削用砥石による両面研削工程の開始から所定の段階まで前記厚みセンサを前記非接触位置に保持して前記半導体ウェーハの両面の研削を行う非厚み監視研削工程と、前記所定の段階から両面研削工程の終了まで前記厚みセンサを前記接触位置に保持して前記半導体ウェーハの両面の研削を行う厚み監視研削工程と、を含むことを特徴とする。

（５）前記所定の段階は、半導体ウェーハの両面からソーマークが実質的に消滅する段階であることが好ましい。

（６）前記所定の段階は、両面研削工程の開始からあらかじめ設定された時間が経過する時期であることが好ましい。

本発明によれば、半導体ウェーハの両面に接触式の厚みセンサに起因するキズが付くことを抑制することができる半導体ウェーハの両面研削装置及び両面研削方法を提供することができる。

本発明による半導体ウェーハの両面研削装置の一実施形態を示す概略的正面図である。 図１に示す両面研削装置の概略的側面図である。 厚みセンサが非接触位置にある状態を示す要部の概略的平面図である。 厚みセンサが接触位置にある状態を示す要部の概略的平面図である。 図１に示す両面研削装置の概略的ブロック図である。 本発明による半導体ウェーハの両面研削方法の一実施形態を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、図１及び図２を参照して半導体ウェーハの両面研削装置１０の全体構成について説明する。両面研削装置１０は、半導体ウェーハとしてのシリコンウェーハ１の両面を同時に研削するものである。

図１及び図２に示すように、本実施形態の両面研削装置１０は、キャリア１１と、回転駆動部としての回転ローラ１３及び支持ローラ１４と、一対の静圧パッド２１、２６と、一対の研削用砥石３１、３６と、制御装置５０（図５参照）と、流体供給部２０（図５参照）と、厚みセンサ４０と、切り換え部４５（図３から図５参照）と、を備える。制御装置５０は、回転ローラ１３、流体供給部２０、研削用砥石３１、３６、厚みセンサ４０、切り換え部４５などの各種制御を行う。

キャリア１１は、リング状の部材であり、その内周部に１個の突起１２を有する。キャリア１１の内周部には、薄板円盤状のシリコンウェーハ１が充填される。キャリア１１の厚さは、シリコンウェーハ１の厚さよりも薄く形成されている。キャリア１１の内周部にシリコンウェーハ１が充填されることで、シリコンウェーハ１の外周部を保護することができる。その際、シリコンウェーハ１の外周部に形成したノッチ２を、キャリア１１の突起１２に嵌合することで、キャリア１１に対してシリコンウェーハ１を円周方向に位置決めする。これにより、キャリア１１をリングの中心周りに回転させることにより、シリコンウェーハ１をキャリア１１と一体的に回転させることができる。

回転ローラ１３及び支持ローラ１４は、シリコンウェーハ１を鉛直方向に立てた姿勢で支持して、水平な軸線１ａの周りに回転させる。ここで、「鉛直方向」とは、典型的には、重力の方向であるが、重力の方向から若干傾いていてもよい。
一対の静圧パッド２１、２６の間にシリコンウェーハ１が配置される。一対の静圧パッド２１、２６は、シリコンウェーハ１の両面３、４に供給される流体２５の圧力により、回転するシリコンウェーハ１の両面３、４を支持する。
一対の研削用砥石３１、３６は、シリコンウェーハ１の回転軸線１ａと平行な軸線３１ａ、３６ａの周りに回転して、シリコンウェーハ１の両面３、４を研削する。

１個の回転ローラ１３及び３個の支持ローラ１４が、キャリア１１の周囲の４箇所に位置決めされる。
回転ローラ１３は、図示しないモータにより水平な軸線１３ａの周りに回転するローラである。回転ローラ１３は、シリコンウェーハ１及びキャリア１１の重量を支える下部の２個のローラのうちの１個を構成する。回転ローラ１３は、図５に示す制御装置５０に接続され、制御装置５０からの指令によりモータを介して回転される。

支持ローラ１４は、水平な軸線１４ａの周りに回転自在なローラである。支持ローラ１４は、上部の２個のローラ及び下部の他の１個のローラを構成する。上部の２個の支持ローラ１４は、シリコンウェーハ１を上方から出し入れする場合に邪魔にならないように、図２において左右に退避できるように構成されている。

一対の静圧パッド２１、２６は、両者間に鉛直方向に立てた姿勢で配置されるシリコンウェーハ１及びキャリア１１の大きさよりも、鉛直方向に大きく形成されている。静圧パッド２１、２６の下部には、両者間に配置されるシリコンウェーハ１の直径の約半分の直径を有する切り欠き部２２、２７がそれぞれ形成されている。

静圧パッド２１、２６には、両者間に配置されるシリコンウェーハ１に対応する領域で且つ切り欠き部２２、２７を除く領域に、それぞれ多数の貫通孔２３、２８が形成されている。貫通孔２３、２８は、それぞれ管路２４、２９を介して、図５に示す流体供給部２０に連結される。

流体供給部２０は、流体２５を供給する。流体供給部２０は、制御装置５０に接続され、制御装置５０からの指令により流体２５の供給を制御する。流体供給部２０から供給される流体２５は、それぞれ管路２４、２９を介して貫通孔２３、２８から、シリコンウェーハ１の両面３、４に向けて所要の圧力で噴射される。

シリコンウェーハ１及びキャリア１１が回転ローラ１３及び支持ローラ１４に支持されて回転する場合に、貫通孔２３、２８からシリコンウェーハ１の両面３、４に向けて噴射される流体２５の圧力により、シリコンウェーハ１の両面３、４は、静圧パッド２１、２６の対向面に鉛直状態に保たれる。

一対の研削用砥石３１、３６は、概略円柱状を有しており、互いに対向する先端面に環状の砥石部３２、３７をそれぞれ備えている。研削用砥石３１、３６は、静圧パッド２１、２６の切り欠き部２２、２７内にそれぞれ配置され、図示しないモータにより水平な軸線３１ａ、３６ａの周りに回転される。研削用砥石３１、３６の回転方向は、互いに逆方向でもよく、同一方向でもよい。

研削用砥石３１、３６は、両面研削工程の進行に伴って、軸線３１ａ、３６ａの方向に沿う砥石部３２、３７の高さが低くなるのに応じて、図示しない送りモータによりシリコンウェーハ１に接近する方向へ徐々に前進する。これにより、砥石部３２、３７の先端の研削面３３、３８は、シリコンウェーハ１の両面３、４に対して適正に接触する。

研削用砥石３１、３６は、制御装置５０に接続され、制御装置５０からの指令によりモータを介して回転される。
また、研削用砥石３１、３６は、制御装置５０からの指令により送りモータを介して前進方向への変位が制御される。すなわち、研削用砥石３１、３６は、両面研削工程の初期には比較的速い送り速度で前進する。また、研削用砥石３１、３６は、両面研削工程の終期には比較的遅い送り速度で前進する。

図２〜図４に示すように、厚みセンサ４０は、シリコンウェーハ１の一方の面３に接触可能なセンサ部４１と、他方の面４に接触可能なセンサ部４２とを備える。厚みセンサ４０は、センサ部４１、４２がそれぞれシリコンウェーハ１の両面３、４に接触する接触位置（図４参照）と、センサ部４１、４２が両面３、４に接触しない非接触位置（図３参照）との間を移動可能である。厚みセンサ４０は、図４に示す接触位置にある場合にシリコンウェーハ１の厚みを監視する接触式のセンサである。

厚みセンサ４０が図３に示す非接触位置にある場合、センサ部４１、４２の相互間隔は、シリコンウェーハ１の厚さよりも大きく拡がると共に、センサ部４１、４２の先端部は、キャリア１１の外周部よりも周方向外側へ退避している。

厚みセンサ４０は、図４に示す接触位置にある場合、センサ部４１、４２の先端部がシリコンウェーハ１の外周部よりも内側へ侵入している。センサ部４１がシリコンウェーハ１の一方の面３に接触し、センサ部４２がシリコンウェーハ１の他方の面４に接触する。センサ部４１とセンサ部４２とでシリコンウェーハ１を挟むことにより、厚みセンサ４０は、シリコンウェーハ１の厚みを監視する。

厚みセンサ４０は、制御装置５０に接続され、接触位置においてシリコンウェーハ１の厚みを監視している間、シリコンウェーハ１の厚みデータを制御装置５０へ継続して送信する。

切り換え部４５は、研削用砥石３１、３６による両面研削工程の開始から所定の段階まで厚みセンサ４０を非接触位置に保持し、又は、所定の段階から両面研削工程の終了まで厚みセンサ４０を接触位置に保持するように、厚みセンサ４０の状態を切り換えることができる。

切り換え部４５は、両面研削工程の開始に先だって、制御装置５０からの指令により、厚みセンサ４０を、図４に示す接触位置から図３に示す非接触位置へ移動させる。そして、両面研削工程の開始から所定の段階まで、厚みセンサ４０を非接触位置に保持する。

切り換え部４５は、両面研削工程が所定の段階になる際に、制御装置５０からの指令により、厚みセンサ４０を、図３に示す非接触位置から図４に示す接触位置へ移動させる。そして、切り換え部４５は、所定の段階から両面研削工程の終了まで、厚みセンサ４０を接触位置に保持する。

ここで、切り換え部４５が、厚みセンサ４０を非接触位置から接触位置へ移動させる所定の段階の設定方法について説明する。
例えば、シリコンウェーハ１の両面３、４からソーマークが実質的に消滅する段階を、所定の段階として設定することができる。「ソーマークが実質的に消滅する段階」とは、半導体ウェーハとしてのシリコンウェーハ１の両面３、４から、本発明の効果を達成できる程度にソーマークが消滅する段階をいう。
または、両面研削工程の開始からあらかじめ設定された時間が経過する時期を、所定の段階として設定することができる。

ここでは、シリコンウェーハ１の両面研削工程の開始から終了までを、粗研削、中１研削、中２研削、仕上げ研削の４つの工程に分類する。仕上げ研削後のスパークアウトは、考慮しないものとする。
粗研削の開始時のシリコンウェーハ１の厚さをＡμｍ、中１研削の開始時のシリコンウェーハ１の厚さをＢμｍ、中２研削の開始時のシリコンウェーハ１の厚さをＣμｍ、仕上げ研削の開始時のシリコンウェーハ１の厚さをＤμｍとする。

このような両面研削工程を用いて、複数枚のシリコンウェーハ１の両面３、４からソーマークが消滅する段階について試験を行ったところ、つぎのような結果が得られた。
すなわち、粗研削を終了した段階では、多くのシリコンウェーハ１の両面３、４にソーマークが残っていた。つまり、厚さがＢμｍの段階では、ソーマークが消滅したシリコンウェーハ１はわずかであった。

中１研削を終了した段階では、ほとんどのシリコンウェーハ１の両面３、４からソーマークが消滅した。つまり、厚さがＣμｍの段階では、ソーマークが残っているシリコンウェーハ１はほとんど無かった。
中２研削を終了した段階では、全てのシリコンウェーハ１の両面３、４からソーマークが消滅した。つまり、厚さがＤμｍの段階では、ソーマークが残っているシリコンウェーハ１は１枚も無かった。

この試験により、中２研削の途中には、全てのシリコンウェーハ１の両面３、４からソーマークが実質的に消滅するという知見が得られた。この知見に基づいて、中２研削の途中を所定の段階として設定すればよいことがわかった。
従って、中２研削の途中の時期を所定の段階と設定した。すなわち、粗研削の開始から中２研削の途中まで厚みセンサ４０を非接触位置に保持する。また、中２研削の途中から仕上げ研削の終了まで及び仕上げ研削後のスパークアウトも含めて厚みセンサ４０を接触位置に保持する。

具体的には、例えば、送りモータによる研削用砥石３１、３６の送り量を監視することによって、制御装置５０は、両面研削工程が中２研削の途中まで進行したことを検出することが可能である。これにより、制御装置５０は、切り換え部４５に指令を出して、厚みセンサ４０を図３に示す非接触位置から図４に示す接触位置へ移動させることができる。

また、例えば、両面研削工程が粗研削の開始から中２研削の途中まで進行するのに要する時間をあらかじめ設定しておくことによって、制御装置５０は、両面研削工程が中２研削の途中まで進行したことを検出することが可能である。この場合も、制御装置５０は、切り換え部４５に指令を出して、厚みセンサ４０を図３に示す非接触位置から図４に示す接触位置へ移動させることができる。

以下、図６のフローチャートを参照して、本発明による半導体ウェーハの両面研削方法の一実施形態について説明する。

まず、ステップＳ１では、制御装置５０により、厚みセンサ４０を非接触位置にセットする。すなわち、切り換え部４５は、制御装置５０から指令を受けて、厚みセンサ４０のセンサ部４１，４２を、キャリア１１の外周部よりも外側へ退避させる（図３参照）。

ステップＳ２では、制御装置５０により、シリコンウェーハ１及び研削用砥石３１、３６を回転させる。
すなわち、モータは、制御装置５０から指令を受けて、回転ローラ１３を軸線１３ａの周りに回転させる。これにより、回転ローラ１３は、シリコンウェーハ１及びキャリア１１を軸線１ａの周りに回転させる。また、別のモータは、制御装置５０から指令を受けて、研削用砥石３１、３６を軸線３１ａ、３６ａの周りに回転させる。
これにより、研削用砥石３１、３６の研削面３３、３８が同時にシリコンウェーハ１の両面３、４をそれぞれ研削する両面研削工程が開始される。

ステップＳ３では、制御装置５０により、シリコンウェーハ１の両面３、４からソーマークが実質的に消滅する段階まで両面研削工程が進行したか否かを判定する。
すなわち、粗研削の開始から中１研削を経て中２研削の途中まで両面研削工程が進行したか否かを判定する。または、粗研削の開始から中１研削を経て中２研削の途中までの両面研削工程に要する時間が経過したか否かを判定する。
この判定がＮＯの場合は、ステップＳ３に戻り、ＹＥＳの場合は、ステップＳ４に移る。

なお、ステップＳ３までの期間は、両面研削工程の終了まで十分な余裕があるので、厚みセンサ４０によるシリコンウェーハ１の厚みの監視を行わなくても、問題なく、シリコンウェーハ１の両面研削を行うことができる。

ステップＳ４では、制御装置５０により、厚みセンサ４０を接触位置にセットする。すなわち、切り換え部４５は、制御装置５０から指令を受けて、厚みセンサ４０のセンサ部４１及びセンサ部４２を、シリコンウェーハ１の外周部よりも内側へ進入させる。そして、センサ部４１をシリコンウェーハ１の一方の面３に接触させ、センサ部４２をシリコンウェーハ１の他方の面４に接触させる（図４参照）。

ステップＳ５では、厚みセンサ４０によりシリコンウェーハ１の厚みを監視する。すなわち、厚みセンサ４０のセンサ部４１とセンサ部４２とでシリコンウェーハ１の両面３、４を挟んでシリコンウェーハ１の厚みを監視する。監視されているシリコンウェーハ１の厚みデータは、リアルタイムで制御装置５０へ送信される。

ステップＳ６では、制御装置５０により、両面研削工程が終了したか否かを判定する。すなわち、中２研削の途中から仕上げ研削を経てスパークアウトまで両面研削工程が終了したか否かを判定する。
この判定がＮＯの場合は、ステップＳ５に戻り、ＹＥＳの場合は、終了する。

本発明によれば、以上のように、両面研削工程の開始から所定の段階までは厚みセンサ４０をシリコンウェーハ１の両面３、４に接触しない非接触位置に保持することにより、厚みセンサ４０がシリコンウェーハ１の両面３、４にキズを付ける原因であるソーマークによる厚みセンサ４０の跳ね上がりを解消することができる。つまり、所定の段階以降において、厚みセンサ４０がシリコンウェーハ１の両面３、４に接触しても、ソーマークが実質的に消滅しているため、ソーマークに起因する厚みセンサ４０の跳ね上がりは、ほとんど発生しない。これにより、シリコンウェーハ１の両面３、４に接触式の厚みセンサ４０に起因するキズが付くことを抑制することができる。

以上、本発明の両面研削装置及び両面研削方法の一実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施態様に制限されるものではない。
例えば、上記の実施形態では、厚みセンサ４０の非接触位置への退避及び接触位置への進入を図３、図４に示すように構成したが、これに限定されない。他の退避形態及び進入形態を採用することが可能である。
半導体ウェーハは、シリコンウェーハに限定されない。

１ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）
１０ 両面研削装置
１３ 回転ローラ（回転駆動部）
１４ 支持ローラ（回転駆動部）
２１，２６ 静圧パッド
３１，３６ 研削用砥石
４０ 厚みセンサ
４５ 切り換え部

Claims (6)

1. 半導体ウェーハを鉛直方向に立てた姿勢で支持して軸線周りに回転させる回転駆動部と、
   前記半導体ウェーハの両面に供給する流体の圧力により当該両面を支持する一対の静圧パッドと、
   前記半導体ウェーハの回転軸線と平行な軸線周りに回転して当該半導体ウェーハの両面を研削する一対の研削用砥石と、
   前記半導体ウェーハの両面に接触する接触位置と接触しない非接触位置との間を移動可能であり、前記接触位置にある場合に前記半導体ウェーハの厚みを監視する厚みセンサと、
   前記研削用砥石による両面研削工程の開始から所定の段階まで前記厚みセンサを前記非接触位置に保持し、前記所定の段階から両面研削工程の終了まで前記厚みセンサを前記接触位置に保持する切り換え部と、
   を備えることを特徴とする半導体ウェーハの両面研削装置。
2. 前記所定の段階は、半導体ウェーハの両面からソーマークが実質的に消滅する段階であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの両面研削装置。
3. 前記所定の段階は、両面研削工程の開始からあらかじめ設定された時間が経過する時期であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの両面研削装置。
4. 半導体ウェーハを鉛直方向に立てた姿勢で支持して軸線周りに回転させる回転駆動部と、
   前記半導体ウェーハの両面に供給する流体の圧力により当該両面を支持する一対の静圧パッドと、
   前記半導体ウェーハの回転軸線と平行な軸線周りに回転して当該半導体ウェーハの両面を研削する一対の研削用砥石と、
   前記半導体ウェーハの両面に接触する接触位置と接触しない非接触位置との間を移動可能であり、前記接触位置にある場合に前記半導体ウェーハの厚みを監視する厚みセンサと、
   を備える両面研削装置を用いた半導体ウェーハの両面研削方法であって、
   前記研削用砥石による両面研削工程の開始から所定の段階まで前記厚みセンサを前記非接触位置に保持して前記半導体ウェーハの両面の研削を行う非厚み監視研削工程と、
   前記所定の段階から両面研削工程の終了まで前記厚みセンサを前記接触位置に保持して前記半導体ウェーハの両面の研削を行う厚み監視研削工程と、
   を含むことを特徴とする半導体ウェーハの両面研削方法。
5. 前記所定の段階は、半導体ウェーハの両面からソーマークが実質的に消滅する段階であることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェーハの両面研削方法。
6. 前記所定の段階は、両面研削工程の開始からあらかじめ設定された時間が経過する時期であることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェーハの両面研削方法。

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