JP2019201125A - ウエハ研削装置およびウエハ研削方法 - Google Patents

ウエハ研削装置およびウエハ研削方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体ウエハに対する研削状態が、異常または正常であることを、高い精度で判定する。【解決手段】ウエハ研削装置１００は、砥石４により半導体ウエハＷ１を研削する研削処理を行う。砥石４は、磨耗率を特性として有する。磨耗率は、５％以上、かつ、２００％未満である。判定部９は、モーターＭｔ１の負荷電流、および、研削磨耗量の少なくとも一方に基づいて、半導体ウエハＷ１に対する研削状態が、異常または正常であることを判定する判定処理を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハを研削するウエハ研削装置およびウエハ研削方法に関する。
半導体ウエハ（以下、「ウエハ」ともいう）を薄板化するために、研削処理（研削加工）が行われる。研削処理では、回転する研削用砥石（以下、「砥石」ともいう）により、研削テーブルに載置されたウエハが研削される。研削処理が行われている期間において、ウエハに異常（以下、「ウエハ異常」ともいう）が発生する場合がある。当該ウエハ異常は、例えば、割れ、クラック等である。
特許文献１，２には、ウエハ異常を検出するための構成（以下、「関連構成Ａ」ともいう）が開示されている。関連構成Ａでは、研削装置が、スピンドルを駆動させるモーターの負荷電流値を計測し、当該負荷電流値を記憶部に記憶させる。なお、記憶部には、ウエハの加工が正常に行われた際における、正常な所定負荷電流値（正常範囲電流値）が記憶されている。
そして、ウエハの加工中の負荷電流値と、所定負荷電流値とが比較されることにより、ウエハ異常が発生したことが検出される。例えば、加工中の負荷電流値が、所定負荷電流値（正常範囲電流値）以外の値である状態が、所定時間以上続いた場合、ウエハ異常が発生したと判定される。以下においては、半導体ウエハに対する、研削の状態を、「研削状態」ともいう。
特開２０１１−１４３５１６号公報 特開２０１１−１８９４１１号公報
半導体ウエハの研削のコスト低減のために、研削処理を行う構成では、半導体ウエハに対する研削状態が、異常または正常であることを、高い精度で判定することが求められる。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、半導体ウエハに対する研削状態が、異常または正常であることを、高い精度で判定することが可能なウエハ研削装置等を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るウエハ研削装置は、砥石により半導体ウエハを研削する研削処理を行う。前記研削処理において、前記砥石により前記半導体ウエハを研削するための量である研削量をＫｗと表記し、当該研削処理が行われることにより生じる予定の、当該砥石の磨耗量をＫｔと表記した場合、前記砥石は、Ｋｔ／Ｋｗなる式で表現される磨耗率を特性として有し、前記磨耗率は、５％以上、かつ、２００％未満であり、前記ウエハ研削装置は、（ａ）前記研削処理において前記砥石を回転させるためのモーターの負荷電流、および、（ｂ）当該研削処理が行われたことにより生じた、当該砥石の磨耗量である研削磨耗量の少なくとも一方に基づいて、前記半導体ウエハに対する研削状態が、異常または正常であることを判定する判定処理を行う判定部を備える。
以下においては、５％以上、かつ、２００％未満の磨耗率を、「特別磨耗率」ともいう。また、以下においては、５％未満の磨耗率を、「一般磨耗率」ともいう。また、以下においては、特別磨耗率を有する砥石を、「特別砥石」ともいう。また、以下においては、一般磨耗率を有する砥石を、「一般砥石」ともいう。
本発明によれば、ウエハ研削装置は、砥石により半導体ウエハを研削する研削処理を行う。前記砥石は、磨耗率を特性として有する。前記磨耗率は、５％以上、かつ、２００％未満である。すなわち、ウエハ研削装置が行う研削処理において、特別磨耗率を有する特別砥石が使用される。判定部は、モーターの負荷電流、および、研削磨耗量の少なくとも一方に基づいて、前記半導体ウエハに対する研削状態が、異常または正常であることを判定する判定処理を行う。
なお、本発明者らは、研削処理において特別砥石を使用した構成は、研削処理において一般砥石を使用した構成よりも、負荷電流、研削磨耗量等に基づいて、半導体ウエハに対する研削状態（ウエハ研削状態）が異常または正常であることを、高い精度で判定できることを、実験により確認した。
これにより、ウエハ研削装置が行う研削処理において特別砥石が使用される本構成では、半導体ウエハに対する研削状態が、異常または正常であることを、高い精度で判定することができる。
実施の形態１に係るウエハ研削装置の上面図である。 実施の形態１に係るウエハ研削装置の構成を示す図である。 砥石の構成を主に示す斜視図である。 特別砥石を使用した場合の負荷電流値の測定結果の一例を示す図である。 負荷電流値の大きな変化を示す図である。 実験の結果を示す図である。 特別砥石を使用して、異常発生研削処理が行われた場合における負荷電流値の測定結果の一例を示す図である。 一般砥石を使用した場合における負荷電流値の測定結果の一例を示す図である。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。以下の図面では、同一の各構成要素には同一の符号を付してある。同一の符号が付されている各構成要素の名称および機能は同じである。したがって、同一の符号が付されている各構成要素の一部についての詳細な説明を省略する場合がある。
なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、当該各構成要素の相対配置などは、本発明が適用される装置の構成、各種条件等により適宜変更されてもよい。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るウエハ研削装置１００の上面図である。なお、図１では、構成を分かりやすくするために、後述の研削ユニット１０は示していない。
図１において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向も、互いに直交する。以下においては、Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向（−Ｘ方向）とを含む方向を「Ｘ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向（−Ｙ方向）とを含む方向を「Ｙ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向（−Ｚ方向）とを含む方向を「Ｚ軸方向」ともいう。
また、以下においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む平面を、「ＸＹ面」ともいう。また、以下においては、Ｘ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＸＺ面」ともいう。また、以下においては、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＹＺ面」ともいう。
図２は、実施の形態１に係るウエハ研削装置１００の構成を示す図である。ウエハ研削装置１００は、半導体ウエハＷ１を研削する機能を有する。図２は、ウエハ研削装置１００のうち、半導体ウエハＷ１を研削するための構成を主に示している。
半導体ウエハＷ１の形状は、円板状である。半導体ウエハＷ１は、ＳｉＣで構成される基板である。なお、半導体ウエハＷ１は、ＳｉＣ以外の材料で構成されてもよい。半導体ウエハＷ１は、例えば、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮ等で構成されてもよい。
図１および図２を参照して、ウエハ研削装置１００は、筐体２０と、ターンテーブルＴｂ１と、ウエハカセットＣｓ１と、３つのステージＳｔ１と、搬送ロボットＲｂ１と、アライメント機構１４と、搬送アームＡｍ１ａ，Ａｍ１ｂと、研削ユニット１０と、モーターＭｔ１と、電流計７と、判定部９と、厚み測定部８とを備える。
図１に示される、筐体２０以外の各構成要素は、筐体２０上に設けられる。ウエハカセットＣｓ１は、半導体ウエハＷ１を収容している。ターンテーブルＴｂ１は、筐体２０上に設けられている。ターンテーブルＴｂ１は、回転自在に構成されている。ターンテーブルＴｂ１には、３つのステージＳｔ１が設けられている。
図１は、３つのステージＳｔ１が、それぞれ、領域Ｒ１ｎ，Ｒ１ａ，Ｒ１ｂに存在している状態を示す。領域Ｒ１ｎに存在するステージＳｔ１は、半導体ウエハＷ１の受け渡しを行うための受け渡し部として機能する。
各ステージＳｔ１は、回転自在に構成されている。各ステージＳｔ１は、吸着により、半導体ウエハＷ１を保持する機能を有する。
搬送ロボットＲｂ１は、半導体ウエハＷ１を搬送する機能を有する。搬送アームＡｍ１ａ，Ａｍ１ｂの各々は、半導体ウエハＷ１を搬送する機能を有する。
研削ユニット１０は、半導体ウエハＷ１を研削するための部材である。研削ユニット１０は、軸Ｃ１を回転軸として、回転自在なように構成されている。モーターＭｔ１は、研削ユニット１０を回転させるためのモーターである。モーターＭｔ１は、電源（図示せず）から当該モーターＭｔ１に電力（電圧）が供給されることにより、駆動する。駆動中のモーターＭｔ１には、電流（以下、「負荷電流」ともいう）が発生する。モーターＭｔ１が、研削ユニット１０を回転させている期間には、当該モーターＭｔ１において、負荷電流が発生している。以下においては、負荷電流の値を、「負荷電流値」ともいう。
電流計７は、負荷電流値を、随時、測定する機能を有する。電流計７は、負荷電流値を測定する毎に、測定した当該負荷電流値を判定部９へ通知する。これにより、判定部９は、負荷電流値を、常時、把握している。判定部９については後述する。
研削ユニット１０は、スピンドルＳｐ１と、ホイールＷｈ１と、砥石４とを含む。スピンドルＳｐ１の形状は、円柱状である。スピンドルＳｐ１の下端にはホイールＷｈ１が連結されている。また、ホイールＷｈ１には、砥石４が固定されている。すなわち、研削ユニット１０を回転させるモーターＭｔ１は、砥石４を回転させるためのモーターでもある。
図３は、砥石４の構成を主に示す斜視図である。砥石４は、複数の砥石４ｓを含む。複数の砥石４ｓは、ホイールＷｈ１に固定されている。ホイールＷｈ１において、複数の砥石４ｓは、リング状に配置されている。なお、砥石４は、例えば、１つのリング状の砥石４ｓで構成されてもよい。
砥石４は、複数の砥粒と、ボンド材とで構成される。砥粒は、例えば、ダイヤモンドで構成される。ボンド材は、例えば、ビトリファイド（焼結セラミックス）で構成される。具体的には、ボンド材に、複数の砥粒が混在することにより、砥石４が構成される。なお、当該ボンド材には、複数の気孔も存在する。
以下においては、砥石４により半導体ウエハＷ１を研削する処理を、「研削処理」ともいう。ウエハ研削装置１００は、研削処理を行う。研削処理は、半導体ウエハＷ１（ステージＳｔ１）、および、砥石４が回転している状態で、行われる。研削処理において、モーターＭｔ１は、砥石４（研削ユニット１０）を回転させる。
以下においては、砥石４のうち研削処理に使用される面を、「研削使用面」ともいう。研削使用面は、図３の砥石４（砥石４ｓ）の上面に相当する。
以下においては、研削処理が行われている期間を、「研削期間Ｐｄ」ともいう。また、以下においては、半導体ウエハＷ１に対する、研削の状態を、「研削状態」ともいう。また、以下においては、研削期間Ｐｄにおける、半導体ウエハＷ１に対する研削状態を、「ウエハ研削状態」ともいう。
判定部９は、研削処理により、半導体ウエハＷ１が正常に研削されているか否かを判定する。具体的には、判定部９は、負荷電流（負荷電流値）に基づいて、ウエハ研削状態が、異常または正常であることを判定する判定処理を行う。
以下においては、ウエハ研削状態が異常である場合における、当該異常を、「研削異常」ともいう。研削異常とは、半導体ウエハＷ１が正常に研削されていない状況である。また、以下においては、研削異常を判定するための時間を、「単位時間」ともいう。単位時間は、例えば、０．１秒である。
また、以下においては、研削異常を判定するためのしきい値を、「異常判定しきい値」ともいう。異常判定しきい値は、ウエハ異常が発生する直前の負荷電流値のｋ倍に相当する値である。ウエハ異常は、例えば、割れ、クラック等である。「ｋ」は、１未満の正の実数である。「ｋ」は、例えば、０．２から０．５までの範囲に含まれる値である。
判定部９は、研削期間Ｐｄにおいて、単位時間における負荷電流（負荷電流値）の変化量が、異常判定しきい値以上である場合、ウエハ研削状態が異常である（すなわち、ウエハ異常が発生した）と判定する。なお、ウエハ研削状態を判定するためのパラメータは、単位時間における負荷電流値の変化量に限定されず、他のパラメータであってもよい。
以下においては、半導体ウエハＷ１のうち、研削の対象となる面を、「研削面」ともいう。研削面は、半導体ウエハＷ１の裏面である。なお、ウエハ異常は、主に、研削面に生じる異常である。
研削処理では、回転している砥石４の研削使用面が、回転している半導体ウエハＷ１の研削面に接触することにより、当該研削面が研削される。以下においては、研削処理において、砥石４により半導体ウエハＷ１を研削するための量を、「研削量Ｋｗ」または「Ｋｗ」と表記する。研削量Ｋｗは、１回の研削処理において、半導体ウエハＷ１に対し、砥石４により研削する予定となっている研削量である。
また、以下においては、研削処理が行われている期間においてウエハ異常が発生しない場合における当該研削処理を、「正常研削処理」ともいう。また、以下においては、研削処理が行われている期間においてウエハ異常が発生した場合における当該研削処理を、「異常発生研削処理」ともいう。
また、以下においては、正常研削処理が行われることにより生じる予定の、当該砥石４の磨耗量を、「磨耗量Ｋｔ」または「Ｋｔ」と表記する。磨耗量Ｋｔは、１回の正常研削処理が行われた場合に生じる、砥石４の磨耗量である。
図２は、一例として、１回の正常研削処理が行われることにより生じた、研削量Ｋｗおよび磨耗量Ｋｔを示す。研削量Ｋｗは、正常研削処理が行われる直前の半導体ウエハＷ１の厚みから、正常研削処理が行われた直後の半導体ウエハＷ１の厚みを減算した値（以下、「研削厚み」ともいう）に相当する。なお、研削量Ｋｗは、研削厚みに限定されない。研削量Ｋｗは、研削厚みに、半導体ウエハＷ１の研削面の総面積を乗算した値であってもよい。
磨耗量Ｋｔは、正常研削処理が行われる直前の砥石４の厚みから、正常研削処理が行われた直後の砥石４の厚みを減算した値（以下、「磨耗厚み」ともいう）に相当する。なお、磨耗量Ｋｔは、磨耗厚みに限定されない。磨耗量Ｋｔは、磨耗厚みに、砥石４の研削使用面の総面積を乗算した値であってもよい。
砥石４は、特性（属性）としての磨耗率を有する。磨耗率は、磨耗量Ｋｔを研削量Ｋｗで除算した値である。すなわち、磨耗率は、Ｋｔ／Ｋｗなる式で表現される。磨耗率が小さいほど、砥石４の硬度は大きい。すなわち、磨耗率が小さいほど、砥石４は磨耗しにくい。磨耗率が大きいほど、砥石４の硬度は小さい。すなわち、磨耗率が大きいほど、砥石４は磨耗しやすい。
本実施の形態で使用される砥石４の磨耗率は、５％以上、かつ、２００％未満である。以下においては、５％以上、かつ、２００％未満の磨耗率を、「特別磨耗率」という。すなわち、砥石４は、特別磨耗率を有する。
また、以下においては、砥石４の厚みを、「砥石厚み」ともいう。厚み測定部８は、砥石厚みを、随時、測定する機能を有する。また、厚み測定部８は、砥石厚みを測定する毎に、測定した当該砥石厚みを判定部９へ通知する。これにより、判定部９は、砥石厚みを、常時、把握している。
次に、ウエハ研削装置１００の動作について説明する。図１を参照して、搬送ロボットＲｂ１は、ウエハカセットＣｓ１に収容されている半導体ウエハＷ１を、アライメント機構１４へ搬送する。
その後、例えば、半導体ウエハＷ１の外周の位置が計測されることにより、半導体ウエハＷ１の中心が求められる。そして、搬送アームＡｍ１ａが、半導体ウエハＷ１の中心と、領域Ｒ１ｎ内のステージＳｔ１の中心とが一致するように、当該半導体ウエハＷ１を搬送し、当該半導体ウエハＷ１を領域Ｒ１ｎ内のステージＳｔ１に載置する。これにより、領域Ｒ１ｎ内のステージＳｔ１が、半導体ウエハＷ１を保持する。以下においては、ステージＳｔ１が、半導体ウエハＷ１を保持している状況における、当該ステージＳｔ１の状態を、「保持状態」ともいう。
次に、保持状態のステージＳｔ１が領域Ｒ１ａへ移動するように、ターンテーブルＴｂ１は、反時計周り方向Ｄｒ１に回転する。
領域Ｒ１ａ内のステージＳｔ１では、１回目の研削処理が行われる。当該１回目の研削処理は、半導体ウエハＷ１の厚みを、予め定められた厚みにする処理である。次に、保持状態のステージＳｔ１が領域Ｒ１ｂへ移動するように、ターンテーブルＴｂ１は、反時計周り方向Ｄｒ１に回転する。領域Ｒ１ｂ内のステージＳｔ１では、２回目の研削処理が行われる。２回目の研削処理では、所定の研削量分だけ、半導体ウエハＷ１を研削する処理が行われる。
次に、負荷電流値の測定結果について説明する。以下においては、特別磨耗率を有する砥石４を、「特別砥石」ともいう。図４は、特別砥石を使用した場合の負荷電流値の測定結果の一例を示す図である。図４（ａ）は、特別砥石を使用して、正常研削処理が行われた場合における負荷電流値の測定結果を示す図である。図４（ｂ）は、特別砥石を使用して、異常発生研削処理が行われた場合における負荷電流値の測定結果を示す図である。また、図４（ｂ）は、時刻ｔ２ａにおいて、半導体ウエハＷ１の研削面にウエハ異常が発生した場合における負荷電流値の測定結果を示す。
図４（ａ）は、時刻ｔ１に正常研削処理が開始され、時刻ｔ２に正常研削処理が終了していることを示す。図４（ｂ）は、時刻ｔ１に異常発生研削処理が開始され、時刻ｔ３に異常発生研削処理が終了していることを示す。図４（ａ）では、正常研削処理の開始から終了までの期間において、負荷電流値の大きな変動は発生していない。
一方、図４（ｂ）では、時刻ｔ２ａにおいて、研削面にウエハ異常が発生し、負荷電流値の大きな変動が発生している。これは、ウエハ異常が発生した場合、研削面の状態が、正常時の研削面の状態と異なるためである。
ここで、ウエハ異常は、ウエハ割れであると仮定する。ウエハ割れとは、例えば、研削面に存在する割れ（ひび）である。ウエハ割れが発生した場合、当該ウエハ割れが発生した位置に段差が生じる。すなわち、半導体ウエハＷ１の研削面の状態が変化する。これにより、当該研削面に対する、砥石４の食いつき方（噛合方）が変わる。そのため、砥石４の状態が大きく変化し、負荷電流値が大きく変動（低下）する。
ここで、研削期間Ｐｄにおいて、時刻ｔ２ａ直後の、単位時間における負荷電流値の変化量が、異常判定しきい値以上であると仮定する。例えば、図５のように、単位時間において、時刻ｔ２ａにおける最大負荷電流値が当該最大負荷電流値の０．３倍以上低下したと仮定する。
この場合、判定部９は、ウエハ研削状態が異常であると判定する。すなわち、判定部９は、ウエハ異常が発生したと判定する。ウエハ異常が発生したと判定された場合、ウエハ研削装置１００の動作が停止される。
次に、本実施の形態の比較の対象となる比較例について説明する。以下においては、比較例におけるウエハ研削装置を、「ウエハ研削装置Ｃ１」ともいう。ウエハ研削装置Ｃ１は、ウエハ研削装置１００と比較して、砥石４の代わりに砥石４Ｎを含む点が異なる。ウエハ研削装置Ｃ１のそれ以外の構成および機能は、ウエハ研削装置１００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
以下においては、５％未満の磨耗率を、「一般磨耗率」ともいう。砥石４Ｎは、砥石４と比較して、特別磨耗率の代わりに一般磨耗率を有する点が異なる。砥石４Ｎのそれ以外の構成および機能は、砥石４と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。ウエハ研削装置Ｃ１は、図２のウエハ研削装置１００において、砥石４を砥石４Ｎに置き換えた装置である。
次に、負荷電流値の測定結果について説明する。以下においては、一般磨耗率を有する砥石４Ｎを、「一般砥石」ともいう。図８は、一般砥石を使用した場合における負荷電流値の測定結果の一例を示す図である。図８（ａ）は、一般砥石を使用して、ウエハ研削装置Ｃ１により、正常研削処理が行われた場合における負荷電流値の測定結果を示す図である。図８（ｂ）は、一般砥石を使用して、異常発生研削処理が行われた場合における負荷電流値の測定結果の一例を示す図である。
本発明者らは、実験として、一般砥石を使用した研削処理を繰り返し行った。本発明者らは、一般砥石を使用した研削処理では、ウエハ異常が発生しても、図８（ｂ）のように、研削期間Ｐｄにおいて、負荷電流値の大きな変化が発生しない場合が多いことを確認した。すなわち、本発明者らは、一般砥石を使用した研削処理では、ウエハ異常を検出できる確率が低いことを確認した。
ウエハ異常は、例えば、研削面の割れ、研削面の端部のチッピング等である。当該割れの幅は、例えば、１０μｍ以上である。当該割れの長さは、例えば、０．２ミリ以上である。当該割れの形状は、直線、曲線等である。当該割れの発生位置は、研削面の中央、端部等である。また、チッピングの面積は、例えば、１００μｍ２以上である。
本発明者らは、研削処理において一般砥石を使用した状況において、以下の事象を確認した。当該事象は以下のとおりである。研削処理において、一般砥石を使用した場合、当該一般砥石の摩耗量は少ない。そのため、ウエハ異常の発生により、半導体ウエハＷ１の研削面の状態が変化しても、研削面に対する、一般砥石の食いつき方（噛合方）が変わらない場合が多い。一般砥石の食いつき方が変わらない場合、一般砥石の状態は変化せず、負荷電流値の大きな変化が発生しない。
また、本発明者らは、一般磨耗率を有する複数種類の一般砥石と、特別磨耗率を有する複数種類の特別砥石とを使用して、ウエハ異常の検出率を求める実験（以下、「実験Ｊ１」ともいう）を行った。実験Ｊ１に使用された複数種類の一般砥石の各々は、異なる磨耗率を有する。また、実験Ｊ１に使用された複数種類の特別砥石の各々は、異なる磨耗率を有する。
以下においては、１回の研削処理が行われたことにより生じた、砥石（砥石４または砥石４Ｎ）の磨耗量を、「研削磨耗量」ともいう。実験Ｊ１では、ウエハ異常の検出のためのパラメータとして、負荷電流値、研削磨耗量等を使用した。
負荷電流値を使用した構成では、前述のように、負荷電流値の変化量に基づいて、ウエハ異常が発生したことが判定される。また、研削磨耗量を使用した構成では、後述の変形例１のように、研削磨耗量が、予め定めた正常範囲磨耗値より大きい場合、ウエハ異常が発生したと判定される。
図６は、実験Ｊ１の結果を示す図である。図６において、縦軸の「異常検出率」とは、ウエハ異常が検出された確率である。横軸の「磨耗率」とは、実験Ｊ１で使用した砥石の磨耗率である。
図６の結果から、本発明者らは、異常発生研削処理において特別砥石を使用した構成は、ウエハ異常を非常に高い確率（９０％以上）で検出できる構成であることを確認した。また、本発明者らは、異常発生研削処理において一般砥石を使用した構成は、異常発生研削処理において特別砥石を使用した構成よりも、ウエハ異常を検出できる確率が低いことを確認した。
すなわち、本発明者らは、異常発生研削処理において特別砥石を使用した構成は、異常発生研削処理において一般砥石を使用した構成よりも、砥石（特別砥石）の状態が大きく変動する確率が高いことを確認した。例えば、本発明者らは、異常発生研削処理において特別砥石を使用した構成は、異常発生研削処理において一般砥石を使用した構成よりも、負荷電流値の大きな変化が発生する確率が高いことを確認した。また、例えば、本発明者らは、異常発生研削処理において特別砥石を使用した構成は、異常発生研削処理において一般砥石を使用した構成よりも、砥石（特別砥石）の磨耗量（研削磨耗量）が大幅に多くなる確率が高いことを確認した。
したがって、本発明者らは、研削処理において特別砥石を使用した構成は、研削処理において一般砥石を使用した構成よりも、負荷電流、研削磨耗量等に基づいて、ウエハ研削状態が異常または正常であることを、高い精度で判定できることを、実験により確認した。
以上説明したように、本実施の形態によれば、ウエハ研削装置１００は、砥石４により半導体ウエハＷ１を研削する研削処理を行う。砥石４は、磨耗率を特性として有する。磨耗率は、５％以上、かつ、２００％未満である。すなわち、ウエハ研削装置１００が行う研削処理において、特別磨耗率を有する特別砥石が使用される。判定部９は、モーターＭｔ１の負荷電流、および、研削磨耗量の少なくとも一方に基づいて、半導体ウエハＷ１に対する研削状態が、異常または正常であることを判定する判定処理を行う。
これにより、ウエハ研削装置１００が行う研削処理において特別砥石が使用される本構成では、半導体ウエハＷ１に対する研削状態が、異常または正常であることを、高い精度で判定することができる。すなわち、ウエハ異常を非常に高い確率で検出できる。
ウエハ異常が検出された場合、当該ウエハ異常が発生しないように対策を行うことにより、次以降の半導体ウエハＷ１に対し、ウエハ異常が発生することを防ぐことができる。また、ウエハ異常が検出されることにより、ウエハ異常が発生した半導体ウエハＷ１が、後工程で使用されることを防ぐことができる。
なお、研削処理では、半導体ウエハの研削のコスト低減のために、一般的に、磨耗率が小さい砥石、すなわち、一般砥石が使用される。なお、本発明者らの実験によれば、一般砥石を使用した構成では、ウエハ割れ等のウエハ異常が発生しても、負荷電流値の変動が小さい。そのため、ウエハ異常の発生に伴う、負荷電流値の変動と、ウエハ毎の負荷電流値のばらつきとは非常に区別しにくい。したがって、ウエハ異常の発生に伴う、負荷電流値の変動は正常範囲電流値とみなされ、ウエハ異常が検出されない場合が多い。すなわち、一般砥石を使用した構成では、ウエハ異常を検出できる確率は低い。
なお、正常範囲電流値の範囲を狭めることにより、ウエハ異常の検出もれを減らすことが考えられる。しかしながら、正常範囲電流値の範囲を狭めると、誤検出が起きやすくなり、研削装置の点検、ウエハに対する過剰な確認作業等が増えてしまう。このように、一般砥石を使用した構成では、負荷電流の変動が小さく、正常範囲電流値を適切に規定するのは困難である。そのため、一般砥石を使用した構成では、前述したように、ウエハ異常を検出できる確率は低い。
一方、本実施の形態によれば、研削処理において特別砥石を使用する。この場合、前述の本発明者らの実験結果等によれば、負荷電流値の大きな変化が発生し、ウエハ異常を非常に高い確率（９０％以上）で検出できる。
なお、特別砥石を使用した構成では、当該特別砥石の摩耗量が増加するため、研削処理のコストアップが生じる。しかしながら、ウエハ異常を非常に高い確率で検出できれば、その時点で、ウエハ異常が発生しないように対策を行うことができる。当該対策は、例えば、砥石の交換である。
これにより、次以降の半導体ウエハＷ１に対する研削処理において、ウエハ研削状態の異常の発生を無くすことができる。そのため、研削異常に伴う、半導体ウエハの破棄を無くすことができる。その結果、研削処理の総合的なコストの上昇を抑制することができる。
＜変形例１＞
以下においては、実施の形態１の構成を、「構成Ｃｔ１」ともいう。また、以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ１」ともいう。構成Ｃｔｍ１は、判定部９が、研削磨耗量に基づいて、判定処理を行う構成である。研削磨耗量は、１回の研削処理が行われたことにより生じた、砥石４の磨耗量である。構成Ｃｔｍ１は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）に適用される。
構成Ｃｔｍ１における砥石４は、特別磨耗率を有する特別砥石である。以下においては、半導体ウエハＷ１に対し、研削処理が行われる前の砥石４の厚みを、「厚みｄ１ｎ」または「ｄ１ｎ」ともいう。また、以下においては、半導体ウエハＷ１に対し、１回の研削処理が行われた直後の砥石４の厚みを、「厚みｄ１ａ」または「ｄ１ａ」ともいう。研削磨耗量は、厚みｄ１ｎから厚みｄ１ａを減算した値に相当する。すなわち、研削磨耗量は、ｄ１ｎ−ｄ１ａの式で得られる値（以下、「厚み差分値」ともいう）に相当する。
構成Ｃｔｍ１では、ウエハ研削装置１００の厚み測定部８は、研削処理が行われる前の砥石４の厚みｄ１ｎを、判定部９へ通知する。また、厚み測定部８は、１回の研削処理が行われた直後の砥石４の厚みｄ１ａを、判定部９へ通知する。判定部９は、ｄ１ｎ−ｄ１ａの式で得られた厚み差分値を、研削磨耗量として算出する。
そして、判定部９は、研削磨耗量が、予め定めた正常範囲磨耗値より大きい場合、ウエハ研削状態が異常である（すなわち、ウエハ異常が発生した）と判定する。正常範囲磨耗値は、複数の値を含む。正常範囲磨耗値は、１回の正常研削処理が行われたことにより生じる予定の、砥石４の磨耗量に対し、誤差等を含めた値である。
図７は、特別砥石を使用して、異常発生研削処理が行われた場合における負荷電流値の測定結果の一例を示す図である。以下においては、研削処理が開始されてから、研削処理が終了するまでの時間を、「研削所要時間」ともいう。図７では、時刻ｔ２ａにおいて、研削面にウエハ異常が発生している。そのため、ウエハ異常が発生していない場合よりも、研削所要時間が長くなっている。
研削所要時間が長くなった理由は以下のとおりである。ウエハ異常の発生により砥石４の摩耗量は増加する。この場合、砥石４を半導体ウエハＷ１の研削面に接触させるために、砥石４の摩耗量が増加した分だけ、スピンドルＳｐ１（研削ユニット１０）を多く移動させる必要があるという理由である。
ここで、図７の結果が生じた研削処理が行われたと仮定する。この場合、構成Ｃｔｍ１では、時刻ｔ３の後、すなわち、研削処理の終了後に、判定部９は、ｄ１ｎ−ｄ１ａの式で得られた厚み差分値を、研削磨耗量として算出する。そして、判定部９は、研削磨耗量に基づいて、判定処理を行う。判定処理は、ウエハ研削状態が、異常または正常であることを判定する処理である。
この場合、算出した研削磨耗量が、正常範囲磨耗値より大きい。そのため、判定部９は、ウエハ研削状態が異常である（すなわち、ウエハ異常が発生した）と判定する。ウエハ異常が発生したと判定された場合、ウエハ研削装置１００の動作が停止される。これにより、次以降の半導体ウエハＷ１に対する研削処理が行われることを防ぐことができる。
以上説明したように、本変形例によれば、特別砥石を使用した研削処理が行われている期間において、ウエハ異常が発生した場合、判定部９は、研削磨耗量に基づいて、判定処理を行う。この構成においても、実施の形態１と同様な効果が得られる。
なお、上記の研削磨耗量は、ｄ１ｎ−ｄ１ａの式で得られた厚み差分値に限定されない。研削磨耗量は、例えば、厚み差分値に、砥石４の研削使用面の総面積を乗算した値であってもよい。
＜変形例２＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ２」ともいう。構成Ｃｔｍ２は、判定部９は、負荷電流（負荷電流値）および研削磨耗量に基づいて、判定処理を行う構成である。構成Ｃｔｍ２は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）に適用される。
構成Ｃｔｍ２では、判定部９は、研削期間Ｐｄにおいて、単位時間における負荷電流（負荷電流値）の変化量が異常判定しきい値以上であり、かつ、研削磨耗量が正常範囲磨耗値より大きい場合、ウエハ研削状態が異常である（すなわち、ウエハ異常が発生した）と判定する。なお、判定部９が行う、負荷電流値を使用した判定方法は、実施の形態１と同様である。また、判定部９が行う、研削磨耗量を使用した判定方法は、変形例１と同様である。
以上説明したように、本変形例によれば、負荷電流値および研削磨耗量という２つのパラメータを使用することにより、１つのパラメータを使用する構成よりも、さらに高い精度で、ウエハ研削状態を判定することができる。
また、本変形例によれば、負荷電流値および研削磨耗量という２つのパラメータのみで、ウエハ研削状態を判定する。そのため、例えば、研磨レートを利用する従来の構成のように、多くのデータを計測する必要がないというメリットがある。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態、各変形例を自由に組み合わせたり、実施の形態、各変形例を適宜、変形、省略することが可能である。
また、本発明は、ウエハ研削装置１００が備える特徴的な構成部の動作をステップとして有するウエハ研削方法として実現してもよい。
４，４Ｎ，４ｓ 砥石、９ 判定部、１０ 研削ユニット、１００，Ｃ１ ウエハ研削装置、Ｍｔ１ モーター。

Claims (10)

  1. 砥石により半導体ウエハを研削する研削処理を行うウエハ研削装置であって、
    前記研削処理において、前記砥石により前記半導体ウエハを研削するための量である研削量をＫｗと表記し、当該研削処理が行われることにより生じる予定の、当該砥石の磨耗量をＫｔと表記した場合、
    前記砥石は、
    Ｋｔ／Ｋｗ
    なる式で表現される磨耗率を特性として有し、
    前記磨耗率は、５％以上、かつ、２００％未満であり、
    前記ウエハ研削装置は、
    （ａ）前記研削処理において前記砥石を回転させるためのモーターの負荷電流、および、（ｂ）当該研削処理が行われたことにより生じた、当該砥石の磨耗量である研削磨耗量の少なくとも一方に基づいて、前記半導体ウエハに対する研削状態が、異常または正常であることを判定する判定処理を行う判定部を備える
    ウエハ研削装置。
  2. 前記判定部は、前記負荷電流に基づいて、前記判定処理を行う
    請求項１に記載のウエハ研削装置。
  3. 前記判定部は、前記負荷電流および前記研削磨耗量に基づいて、前記判定処理を行う
    請求項１に記載のウエハ研削装置。
  4. 前記判定部は、前記研削処理が行われている期間において、前記異常を判定するための単位時間における前記負荷電流の変化量が、当該異常を判定するためのしきい値以上である場合、前記研削状態が当該異常であると判定する
    請求項２または３に記載のウエハ研削装置。
  5. 前記判定部は、前記研削磨耗量に基づいて、前記判定処理を行う
    請求項１に記載のウエハ研削装置。
  6. 砥石により半導体ウエハを研削する研削処理を行うウエハ研削装置が行うウエハ研削方法であって、
    前記研削処理において、前記砥石により前記半導体ウエハを研削するための量である研削量をＫｗと表記し、当該研削処理が行われることにより生じる予定の、当該砥石の磨耗量をＫｔと表記した場合、
    前記砥石は、
    Ｋｔ／Ｋｗ
    なる式で表現される磨耗率を特性として有し、
    前記磨耗率は、５％以上、かつ、２００％未満であり、
    前記ウエハ研削方法は、
    （ａ）前記研削処理において前記砥石を回転させるためのモーターの負荷電流、および、（ｂ）当該研削処理が行われたことにより生じた、当該砥石の磨耗量である研削磨耗量の少なくとも一方に基づいて、前記半導体ウエハに対する研削状態が、異常または正常であることを判定する判定処理を行う判定ステップを備える
    ウエハ研削方法。
  7. 前記判定ステップは、前記負荷電流に基づいて、前記判定処理を行う
    請求項６に記載のウエハ研削方法。
  8. 前記判定ステップは、前記負荷電流および前記研削磨耗量に基づいて、前記判定処理を行う
    請求項６に記載のウエハ研削方法。
  9. 前記判定ステップは、前記研削処理が行われている期間において、前記異常を判定するための単位時間における前記負荷電流の変化量が、当該異常を判定するためのしきい値以上である場合、前記研削状態が当該異常であると判定する
    請求項７または８に記載のウエハ研削方法。
  10. 前記判定ステップは、前記研削磨耗量に基づいて、前記判定処理を行う
    請求項６に記載のウエハ研削方法。
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