JP2020026010A

JP2020026010A - 被加工物の研削方法

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Publication number: JP2020026010A
Application number: JP2018152657A
Authority: JP
Inventors: 山下　真司; Shinji Yamashita; 真司山下
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2038-08-14
Also published as: JP7068096B2

Abstract

【課題】非接触式厚さ測定手段の測定レンジを越える範囲で所望の仕上げ厚さまで研削すること。【解決手段】非接触式厚さ測定手段１２の測定可能なレンジ以上の研削厚さを予め定め、その厚さまで研削する（第１研削ステップ）。その後、接触式厚さ測定手段１３で測定した総厚さＴ１から、非接触式厚さ測定手段１２で測定した被加工物の厚さＴ２を差し引き、保護部材の厚さＴ３を算出する（保護部材厚算出ステップ）。そして、接触式厚さ測定手段１３で総厚さＴ１を測定し、総厚さＴ１から保護部材の厚さＴ３を差し引いた被加工物の厚さＴ２を測定しながら、被加工物１１０を所望の仕上げ厚さまで研削する（第２研削ステップ）。【選択図】図３

Description

本発明は、被加工物の研削方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスでは、デバイスの目的厚さを得るために、多数のデバイスの集合体である半導体ウェーハの段階で、裏面研削して薄化することが行われている。昨今のデバイスの顕著な薄型化に応じて、ウェーハは一層薄く加工されており、このため、厚さの管理にはより高い精度が求められる。従って、被加工物が仕上げ厚さに形成されるまで、被加工物の厚さを測定しながら研削工具の移動量の制御を行っている。

被加工物の研削中における厚さ測定の方法には、例えば、特許文献1に示すような、プローブを接触させて測定する接触式厚さ測定方法と、特許文献２に示すような、レーザーを用いて測定する非接触式厚さ測定方法とがある。

被加工物にプローブ等を接触させることなく厚さを測定できる非接触式の厚さ測定方法が、被加工物を傷つけず抗折強度を低下させない点で接触式よりも有利とされる。さらに、非接触式の厚さ測定方法には、パターンの凹凸や表面保護部材の厚さばらつきに制限されることなく測定することができるという利点もある。

特開２００１−９７１６号公報特許第３４９１３３７号公報

しかし、現状、レーザーを用いた非接触式測定手段の厚さの測定範囲には限界があり、一定厚さを下回ると非接触式測定手段では被加工物の厚さ測定ができない。このことは、被加工物の極薄化を目指す上で障壁となる。

本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであって、その主たる技術課題は、非接触式厚み測定手段の測定限界厚さよりも更に薄く研削する場合において、被加工物の厚さ測定を高精度に行うことである。

本発明に係る研削方法は、保護部材が表面に貼着された被加工物の該保護部材側を保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された該被加工物を研削する研削砥石が環状に配置された、研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、測定光を該被加工物に向けて照射し、照射した測定光が該被加工物の上面で反射した光と該被加工物を透過して下面で反射した光とを受光した時間差から該被加工物の厚さを算出する非接触式厚さ測定手段と、プローブを接触させて該被加工物と保護部材とを含めた厚さを測定する接触式厚さ測定手段と、を少なくとも備えた研削装置によって、被加工物の裏面を所望の仕上げ厚さまで研削する研削方法であって、該非接触厚さ測定手段で被加工物の厚さを測定しながら、該チャックテーブルを回転させると共に該研削砥石を回転させ且つ該チャックテーブルに向けて該研削砥石を移動して該チャックテーブルに保持された該被加工物の裏面を研削する第一研削ステップと、該接触式厚さ測定手段の測定値から、該非接触石厚さ測定手段の測定値を差し引き、該保護部材の厚さを算出する保護部材厚算出ステップと、該接触式厚さ測定手段の測定値から、該保護部材厚算出ステップにて算出した該保護部材の厚さを差し引いた値で仕上げ厚さを制御しながら、該チャックテーブルを回転させると共に該研削砥石を回転させ且つ該チャックテーブルに向けて該研削砥石を移動させて該チャックテーブルに保持された該被加工物の裏面を研削する第２研削ステップと、を備え、該保護部材の厚みを算出することで、該非接触式厚さ測定手段で測定不可能な厚さ領域においても、接触式厚さ測定手段を用いて、該被加工物単体の厚さの管理が可能となることを特徴とする被加工物の研削方法である。

本発明にかかる研削方法は、非接触式厚さ測定手段によって測定可能な薄さよりも更に薄く被加工物を研削したい場合において、測定可能な厚さより薄くなった被加工物の厚さ測定に、非接触式厚さ測定手段により測定可能な範囲において測定した被加工物の厚さと、接触式厚さ測定手段により測定した被加工物の厚さと保護部材の厚さとの和の値とを使用することにより、非接触式厚さ測定手段と同等の精度で厚さを測定しながら研削を行うことを可能にする。また、この測定方法では、パターンの凹凸や表面保護部材の厚さばらつきに制限されることなく厚さ測定をすることができる。接触式厚さ測定手段を使用することにより、非接触式厚さ測定手段の測定レンジを広げるために別個の厚さ測定手段を設置することなく、より幅広い厚さの研削が精度良く遂行できる。

昨今、自動車産業を含め、半導体デバイスを扱う多くの産業において、製品品質等の観点から、半導体ウェーハの削り終わりの厚さを数値データとして保存する必要が生じている。非接触式厚さ測定手段の計測レンジよりも薄い極薄領域における従来の研削では、非接触式厚さ測定手段の計測レンジを越えない厚さにおいて、予め研削する厚さを定め、該予め定めた厚さまで研削をした後、非接触式厚さ測定手段での測定を停止し、該予め定めた厚さと仕上げ厚さとの差に対応した量だけ研削工具を研削方向へ移動させることで研削をする。この研削方法では、該予め定めた厚さから該仕上げ厚さまで研削する際には、厚さデータを測定しながらの研削ができず、厚さデータの信頼の度合は研削工具の移動の精度に依存する。研削工具が研削途中に摩耗すること、研削工具の移動制御に誤差が生じうること等のため、研削工具の移動量が研削したウェーハの厚さと必ずしも合致しないという事情を鑑みると、この方法による研削では厚さデータの信頼性に疑問の余地がある。一方、本発明では接触式厚さ測定手段による厚さ測定を、被加工物が仕上げ厚さに達するまで使用するため、研削終了時の実際の厚さデータを取得することができる。

被加工物の研削の様子を表す断面図である。被加工物の研削の様子を表す斜視図である。接触式厚さ測定手段と非接触式厚さ測定手段との働きを簡略的に表す説明図である。第１研削ステップにおける被加工物の厚さ測定の様子を示す説明図である。保護部材厚算出ステップにおける被加工物及び保護部材の厚さ測定の様子を示す説明図である。第２研削ステップにおける被加工物及び保護部材の厚さの測定の様子を示す説明図である。

図１に示す研削装置１０は、被加工物１１０を研削して所望の仕上げ厚さまで薄化する装置である。研削装置１０は、被加工物１１０を保持するチャックテーブル１４と、チャックテーブル１４が保持する被加工物１１０を研削するための研削手段１５と、研削時に、被加工物の厚さを測定する非接触式厚さ測定手段１２と、同研削時に、被加工物の厚さと被加工物１１０に貼着された保護部材の厚さとを合わせた総厚さを測定する接触式厚さ測定手段１３とを備える。

チャックテーブル１４は、上面に多孔質のセラミックス材からなる円形の吸着エリア１４０を有し、この吸着エリア１４０の上面である保持面１４０ａに保護部材１１１が吸着される結果、保護部材１１１が貼着された被加工物１１０がチャックテーブル１４に保持されるようになっている。吸着エリア１４０の周囲には環状の枠体１４１が形成されており、この枠体１４１の上面１４１ａは、吸着エリア１４０の上面１４０ａと連続して同一平面をなしている。チャックテーブル１４は、図示しない回転手段によってＸＹ平面に垂直な±Ｚ方向に平行な回転軸を中心として回転可能となっている。

図２に示すように、研削手段１５は、±Ｚ方向に平行な回転軸の先端のマウント１５０と、マウント１５０に装着された研削ホイール１５１とから構成される。研削ホイール１５１の下端には、研削砥石１５２が固着されている。研削ホイール１５１に固着された研削砥石１５２は、円環状に配置されており、研削ホイール１５１が回転すると、チャックテーブル１４の回転軸上を通過する。非接触式厚さ測定手段１２と接触式厚さ測定手段１３とは、共に、研削の最中であっても、厚さを測定することができる。

図３に示すように、非接触式厚さ測定手段１２は、レーザー光を用いて、被加工物の厚さＴ２を、被加工物上面１１０ａに触れることなく測定する。非接触式厚さ測定手段１２は、測定光を被加工物１１０に向けて照射し、照射した測定光が被加工物の上面１１０ａで反射した光（反射光Ｌ１）と、被加工物１１０を透過して被加工物下面１１０ｂで反射した光（透過光Ｌ２）とを受光した時間差から被加工物の厚さＴ２を測定する。

接触式厚さ測定手段１３は、２本の接触子を備える。一方の接触子（基準プローブ１３０ａ）をチャックテーブル１４の枠体上面１４１ａに接触させ、他方の接触子（変動プローブ１３０ｂ）を被加工物１１０の上面１１０ａに接触させることにより、２本の接触子の高さの差を、チャックテーブル１４が保持する保護部材と被加工物の厚さを合わせた総厚さＴ１として測定する。

以下では、上述の研削装置１０を用いて被加工物を研削する研削方法について、第１研削ステップ、保護部材厚算出ステップ、第２研削ステップにわけて説明する。

（第１研削ステップ）
まず、非接触式厚さ測定手段１２によって測定する被加工物１１０の限界測定厚さＴ２１を定める。この限界測定厚さＴ２１は、非接触式厚さ測定手段１２を用いて測定する厚さの最小値であり、非接触式厚さ測定手段１２の仕様上の測定可能厚さの下限値或いはこれに可及的に近くこれよりは厚い厚さであるのが好ましい。図４に示すように、最初に、非接触式厚さ測定手段１２で初期厚さがＴ２０の被加工物１１０の厚さを測定しながら、チャックテーブル１４を回転させるとともに研削砥石１５２を回転させ且つチャックテーブル１４の保持面１４０ａに垂直な方向（−Ｚ方向）に研削砥石１５２を移動させ、被加工物上面１１０ａを研削し、非接触式厚さ測定手段１２による被加工物１１０の厚さの測定値Ｔ２が限界測定厚さＴ２１になるまで研削を行う。なお、非接触式厚さ測定手段１２によって厚さを測定する間、接触式厚さ測定手段１３の基準プローブ１３０ａは、枠体上面１４１ａに接触させておいてもよいが、変動プローブ１３０ｂは、被加工物上面１１０ａに接触させないでおく。また、図４以降では、図１及び図２に示した研削手段１５の図示を省略する。

（保護部材厚算出ステップ）
非接触式厚さ測定手段１２による被加工物１１０の厚さの測定値Ｔ２が限界測定厚さＴ２１になった時に、図５に示すように、被加工物１１０の研削を続行しつつ、接触式厚さ測定手段１３の基準プローブ１３０ａを枠体上面１４１ａに接触させるとともに変動プローブ１３０ｂを被加工物上面１１０ａに接触させ、接触式厚さ測定手段１３を用いて、被加工物の厚さＴ２１と保護部材１１１の厚さＴ３とを合わせた総厚さＴ１の測定を開始する。そして、その測定値Ｔ１０から非接触式厚さ測定手段１２により測定した被加工物１１０の限界測定厚さＴ２１を差し引き、保護部材１１１の厚さＴ３を、Ｔ３＝Ｔ１０−Ｔ２１により算出する。なお、非接触式厚さ測定手段１２による被加工物１１０の厚さの測定値Ｔ２が限界測定厚さＴ２１になった直後に、非接触式厚さ測定手段１２による被加工物１１０の厚さの測定を停止する。

（第２研削ステップ）
保護部材厚算出ステップの後、引き続き被加工物１１０の研削を続行し、接触式厚さ測定手段１３によって測定される現在の総厚さＴ１から、前記保護部材厚算出ステップで算出した保護部材１１１の厚さＴ３を差し引き、被加工物の現在の厚さＴ２をＴ２＝Ｔ１−Ｔ３として計測しながら、図６に示すように、被加工物１１０の現在の厚さＴ２が所望の仕上げ厚さＴ２２になるまで研削する。すなわち、被加工物１１０の現在の厚さＴ２が所望の仕上げ厚さＴ２２になるまで、チャックテーブル１４と研削砥石１５２を回転させながら且つチャックテーブル１４の保持面１４０ａに垂直な方向（−Ｚ方向）に研削砥石を移動させ、被加工物上面１１０ａを研削する。このとき、保護部材１１１の厚さＴ３は一定の値を保ち、研削による薄化でＴ１の値が減少するため、被加工物１１０の現在の厚さＴ２＝Ｔ１−Ｔ３は、常に、Ｔ１と同じ量だけ減少する。総厚さＴ１の値の変化を接触式厚さ測定手段１３で読み取れば、計算により間接的に、被加工物１１０の現在の厚さＴ２がわかる。これにより、非接触式厚さ測定手段１２の測定可能範囲を下回る厚さ領域において、非接触式測定手段１２と同等の測定精度で被加工物の厚さＴ２を測定しながら研削が可能となる。

１０：研削装置
１１０：被加工物１１０ａ：被加工物上面１１０ｂ：被加工物下面
１１１：保護部材
１２：非接触式厚さ測定手段
Ｌ１：反射光Ｌ２：透過光
１３：接触式厚さ測定手段
１３０ａ：基準プローブ１３０ｂ：変動プローブ
１４：チャックテーブル
１４０：吸引エリア１４０ａ：保持面１４１：枠体１４１ａ：枠体上面
１５：研削手段１５０：マウント１５１：研削ホイール１５２：研削砥石
Ｔ１：総厚さＴ２：被加工物の厚さＴ３：保護部材の厚さ
Ｔ１０：総厚さ（保護部材厚算出ステップ時測定値）
Ｔ１１：総厚さ（第二研削ステップ時測定値）
Ｔ２０：初期厚さＴ２１：限界測定厚さＴ２２：所望の仕上げ厚さ

Claims

保護部材が表面に貼着された被加工物の該保護部材側を保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、
該チャックテーブルに保持された該被加工物を研削する研削砥石が環状に配置された研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、
測定光を該被加工物に向けて照射し、照射した測定光が該被加工物の上面で反射した光と該被加工物を透過して下面で反射した光とを受光した時間差から該被加工物の厚さを算出する非接触式厚さ測定手段と、
プローブを接触させて該被加工物と保護部材とを含めた厚さを測定する接触式厚さ測定手段と、を少なくとも備えた研削装置によって、
被加工物の裏面を所望の仕上げ厚さまで研削する研削方法であって、
該非接触厚さ測定手段で被加工物の厚さを測定しながら、該チャックテーブルを回転させると共に該研削砥石を回転させ且つ該チャックテーブルに向けて該研削砥石を移動させて該チャックテーブルに保持された該被加工物の裏面を研削する第一研削ステップと、
該接触式厚さ測定手段の測定値から、該非接触石厚さ測定手段の測定値を差し引き、該保護部材の厚さを算出する保護部材厚算出ステップと、
該接触式厚さ測定手段の測定値から、該保護部材厚算出ステップにて算出した該保護部材の厚さを差し引いた値で仕上げ厚さを制御しながら、該チャックテーブルを回転させると共に該研削砥石を回転させ且つ該チャックテーブルに向けて該研削砥石を移動させて該チャックテーブルに保持された該被加工物の裏面を研削する第２研削ステップと、を備え、
該保護部材の厚みを算出することで、該非接触式厚さ測定手段で測定不可能な厚さ領域においても、接触式厚さ測定手段を用いて、該被加工物単体の厚さの管理が可能となることを特徴とする被加工物の研削方法。