JP2023026173A - 研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スパークアウトを行ったウェーハを所定の厚みに仕上げる。【解決手段】チャックテーブル２の保持面２００に垂直な方向に研削砥石３４１を下降させ、研削砥石３４１の下面によって保持面２００が保持したウェーハ１０の上面１００を押しながら上面１００を研削することによってウェーハ１０に垂直荷重を付与してチャックテーブル２及び研削機構３に歪みを生じさせ、ウェーハ１０の厚みがあらかじめ設定した所定の厚みになる直前まで研削した後、歪みの戻りを利用してウェーハ１０の上面１００を研削し、ウェーハ１０の測定した厚みが所定の厚みになったらウェーハ１０から研削砥石３４１を離間させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハを研削する研削方法に関する。

チャックテーブルの保持面において半導体ウェーハ等のウェーハを保持し、研削砥石をウェーハに接触させて研削する研削装置は、保持面の高さの測定値とウェーハの上面の高さの測定値との差をウェーハの厚みとして算出し、算出した厚みが所定の値になるまで研削を行っている（例えば特許文献１参照）。

研削加工では、あらかじめ設定した研削送り速度にて研削砥石を保持面に接近する方向に移動させていき、ウェーハが所定の厚みに形成されると、研削砥石の下降を停止させた状態でウェーハを研削するスパークアウトを実施し、その後、ウェーハから研削砥石をゆっくりと離間させるエスケープカットを実施する。そして、研削砥石を上昇退避させて研削を終了する（例えば特許文献２参照）。

特開２００８－０７３７８５号公報 特開２０２０－１３１３６８号公報

研削砥石による研削加工では、加工熱を受けて研削装置が熱変形することがあるため、保持面の高さや研削時の研削砥石の高さ位置が変化することがある。また、研削加工時、ウェーハの被保持面側には保護テープが貼着されるが、研削砥石をウェーハに押し付けた際の保護テープのつぶれ量がウェーハごとに異なることがある。また、研削砥石の残量によってウェーハにかかる荷重が変化することがある。そして、これらの要因によって、スパークアウトまたはエスケープカットで研削される量がウェーハごとに異なり、ウェーハごとに仕上げ厚みが変わってしまうという問題がある。

したがって、研削砥石による研削加工においては、スパークアウトを行ったウェーハを所定の厚みに仕上げるという解決すべき課題がある。

第１の発明は、チャックテーブルの保持面が保持したウェーハを研削機構に装着した研削砥石によって研削するウェーハの研削方法であって、該保持面に垂直な方向に該研削砥石を下降させ、該研削砥石の下面によって該保持面が保持したウェーハの上面を押しながら該上面を研削することによって該ウェーハに垂直荷重を付与し、該チャックテーブル及び該研削機構に歪みを生じさせ、厚み測定器によって測定した研削中のウェーハの厚みがあらかじめ設定した所定の厚みになる直前まで研削する第1研削工程と、該第１研削工程の後、該研削砥石の下降を停止させ、該歪みの戻りを利用して該ウェーハを研削し、該厚み測定器が測定した該ウェーハの厚みが該所定の厚みになったら該ウェーハから該研削砥石を離間させる第２研削工程とからなる。
第２の発明は、チャックテーブルの保持面が保持したウェーハを研削機構に装着した研削砥石によって研削するウェーハの研削方法であって、該保持面に垂直な方向に該研削砥石を下降させ、該研削砥石の下面によって該保持面が保持したウェーハの上面を押しながら該上面を研削することによって該ウェーハに垂直荷重を付与し、該チャックテーブル及び該研削機構に歪みを生じさせ、厚み測定器によって測定した研削中のウェーハの厚みがあらかじめ設定した所定の厚みになる直前まで研削する第３研削工程と、該第３研削工程の後、予め設定した上昇速度で該研削砥石を上昇させ、該歪みの戻りを利用して該ウェーハを研削し、該厚み測定器が測定した該ウェーハの厚みが該所定の厚みになったら該ウェーハから該研削砥石を離間させる第４研削工程と、からなる。
該第１研削工程または該第３研削工程では、該研削砥石が該ウェーハを押す垂直荷重を荷重測定器によって測定し、該荷重測定器が測定した荷重をあらかじめ設定した設定荷重に一致させることが望ましい。

本発明の第２研削工程及び第４研削工程では、歪みの戻りを利用して研削を行うため、研削時の加工熱による研削装置の熱変形や保護テープのつぶれ量や研削砥石の残量にウェーハごとに差があったとしても、各ウェーハの研削時における加工熱の違いや各保護テープのつぶれ量の違いや研削砥石の残量の違いを、歪みの戻りによって吸収することができる。したがって、研削時の加工熱による熱変形や保護テープのつぶれ量や研削砥石の残量がウェーハごとに異なることに起因してウェーハの仕上がり厚みに誤差が生じるおそれを低減し、複数のウェーハを均一な厚みに仕上げることが可能となる。

研削装置の一例を示す斜視図である。 第１実施形態における研削時間と研削砥石の下面（研削面）の高さとの関係を示すグラフである。 第２実施形態における研削時間と研削砥石の下面（研削面）の高さとの関係を示すグラフである。

図１に示す研削装置１は、チャックテーブル２に保持されたウェーハ１０を、研削機構３を用いて研削する装置であり、チャックテーブル２はチャックテーブル送り機構４によって駆動されてＹ軸方向に移動可能であり、研削機構３は研削送り機構５によって駆動されてＺ軸方向に移動可能となっている。

チャックテーブル２は、ポーラス部材により形成された吸引部２０と、吸引部２０を支持する枠体２１とを含み、吸引部２０の表面は、ウェーハを保持する保持面２００を構成している。保持面２００と枠体２１の上面とは面一となっている。

チャックテーブル２の下方には、保持面２００の中心を通るチャック回転軸２８を軸としてチャックテーブル２を回転させるチャック回転機構２２を備えている。チャック回転機構２２の上方にはテーブルベース２３を備えており、テーブルベース２３は、３つのチャック支持部２４（図１では２つのみ示す）によって少なくとも３箇所が支持されている。各チャック支持部２４には、保持面２００が保持したウェーハを研削機構３が押すときの垂直荷重を測定する荷重測定器２５が配設されている。また、少なくとも２つのチャック支持部２４には、チャックテーブル２の高さを調整して保持面２００の傾きを調整する機能を有している。

研削機構３は、Ｚ軸方向の回転軸３００を有するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転させるスピンドル回転機構３１と、スピンドル３０を回転可能に支持するスピンドルハウジング３２と、スピンドル３０の下端に連結されたマウント３３と、マウント３３に装着された研削ホイール３４とを備えている。スピンドル回転機構３１がスピンドル３０を回転させると、研削ホイール３４も回転する。研削ホイール３４は、マウント３３に固定される基台３４０と、基台３４０の下面に環状に固着された複数の研削砥石３４１とで構成されている。

チャックテーブル送り機構４は、Ｙ軸方向の回転軸４００を有するボールネジ４０と、ボールネジ４０を回転させるモータ４１と、ボールネジ４０と平行に配設された一対のガイドレール４２と、底部がガイドレール４２に摺接しボールネジ４０に螺合する図示しないナットを内部に有するスライド板４３とを備えている。スライド板４３の上方にはチャック支持部２４及び荷重測定器２５が配設されている。ボールネジ４０が回転すると、スライド板４３がガイドレール４２にガイドされてＹ軸方向に移動し、スライド板４３のＹ軸方向の移動にともない、チャックテーブル２も同方向に移動する構成となっている。枠体２１は基台２７によって回転可能に支持され、基台２７のＹ軸方向の側部には蛇腹２６が接続されており、チャックテーブル２は、蛇腹２６の伸縮をともなってＹ軸方向に移動する。

研削送り機構５は、Ｚ軸方向の回転軸５００を有するボールネジ５０と、ボールネジ５０を回転させるモータ５１と、ボールネジ５０と平行に配設された一対のガイドレール５２と、側部がガイドレール５２に摺接しボールネジ５０に螺合する図示しないナットを内部に有する昇降板５３と、昇降板５３に連結されスピンドルハウジング３２を支持するホルダ５４と、ガイドレール５２に沿って配設されたスケール５５と、昇降板５３のＺ軸方向の位置をスケール５５の読み取り値として検出する読取部５６とを備えている。ボールネジ５０が回転すると、昇降板５３がガイドレール５２にガイドされて保持面２００に垂直な方向に移動し、これにともない研削機構３も同方向に移動し、研削砥石３４１が保持面２００に接近又は離間する構成となっている。研削機構３のＺ軸方向の位置は、読取部５６によって検出される。なお、研削機構３のＺ軸方向の位置は、モータ５１のエンコーダの読み取り値によって認識するようにしてもよい。

チャックテーブル２のＹ軸方向の移動経路の側方には、保持面２００に保持されたウェーハの厚みを測定する厚み測定器６が配設されている。厚み測定器６は、非接触式の厚み測定器であり、保持面２００の高さを測定する第１測定部６１と、保持面２００に保持されたウェーハ１０の上面１００の高さを測定する第２測定部６２とを備え、第１測定部６１と第２測定部６２との高さの差に基づきウェーハの高さを測定する。第１測定部６１及び第２測定部６２は、レーザ光を下方に出射してからその反射光を受光するまでの時間に基づき保持面２００及びウェーハ１０の上面１００の高さを測定する。なお、厚み測定器６には、接触式のものを使用することもできる。なお、非接触式の厚み測定器は、保持面２００に保持されたウェーハ１０の上面１００で反射した反射光とウェーハ１０の下面１０１で反射した反射光とを受光してウェーハ１０の厚みを測定する分光干渉式の測定器を使用することもできる。

研削装置１には、チャックテーブル２、研削機構３、チャックテーブル送り機構４、研削送り機構５及び厚み測定器６を制御する制御部７を備えている。制御部７は、ＣＰＵ及び記憶素子を備えている。

１ 第１実施形態
（１）第１研削工程
研削機構３を用いてウェーハ１０の上面１００を研削する際は、研削されるウェーハ１０の下面１０１には保護テープ１１が貼付される。そして、保護テープ１１側がチャックテーブル２の保持面２００に吸引保持され、ウェーハ１０の上面１００が露出した状態となる。

保持面２００においてウェーハ１０を保持したチャックテーブル２を、回転軸２８を中心として回転させるとともに、スピンドル回転機構３１が研削ホイール３４を回転させ、研削送り機構５が研削機構３を下降させていく。図２において実線で示す研削砥石３４１の下面（研削面）の高さ８１は、時間Ｔ１では、研削前に研削砥石３４１をウェーハ１０の上面１００に近づけていく段階であり、高速に下降させる。

次に、時間Ｔ２では、時間Ｔ１よりも研削送り速度を大幅に減速し、研削砥石３４１をウェーハ１０の上面１００にゆっくりと近づけていくエアカットを実施する。そうすると、研削砥石３４１の下面（研削面）がウェーハ１０の上面１００に徐々に接触していき、図２において破線で示す荷重値８２が上昇していく。この荷重値８２は、図１におけるチャックテーブル２の下方に配設された図示しない荷重測定器２５によって測定される値であり、研削砥石３４１がウェーハ１０を押圧する力を示している。研削中は、荷重測定器２５による荷重値８２の測定が常に行われており、荷重測定器２５が測定した荷重値８２があらかじめ設定した所定の設定荷重値に一致するように、制御部７が研削送り速度を調整する。

時間Ｔ３においては、研削機構３を保持面２００に垂直な方向に時間Ｔ２と同速度で下降させ続け、研削砥石３４１の下面がウェーハ１０の上面１００に接触した状態が維持されて研削が行われる。この間、荷重値８２は、徐々に上昇し続ける。時間Ｔ３においては、研削砥石３４１が保持面２００に垂直な方向に下降し、研削砥石３４１の下面によって保持面２００に保持されたウェーハ１０の上面１００が押圧されて研削され、ウェーハ１０に対して垂直荷重がかかる。

時間Ｔ３の後の時間Ｔ４では、時間Ｔ３よりも研削送り速度を若干遅くして研削機構３を下降させていき、ウェーハ１０が所定の仕上がり厚みになる直前、例えばウェーハ１０の所定の仕上がり厚みよりも１～２μｍほど厚い状態となると、研削機構３の下降を停止する。

（２）第２研削工程
時間Ｔ５では、研削砥石３４１の下降を停止させた状態において研削（スパークアウト）を行う。研削砥石３４１を下降させながらウェーハ１０の上面１００に接触させて研削を行った時間Ｔ３、Ｔ４においては、研削砥石３４１をウェーハ１０に対して押圧することによって研削装置１に歪みが生じている。具体的には、チャックテーブル２が下方に沈み込んだり、研削機構３が上方に押し戻されたりしている。一方、時間Ｔ５において研削砥石３４１の下降を停止すると、その歪みの戻り（スプリングバック）が生じるため、スパークアウトにおいては、その戻りによって研削砥石３４１の下面がウェーハ１０の上面１００に接触して研削が行われる。そして、この研削によって厚み測定器６の測定値が所定の厚みに達すると、時間Ｔ５における研削を終了する。時間Ｔ５においては、研削が進むにつれて荷重値８２が小さくなっていき、歪みが戻りきると研削が終了し、研削砥石３４１とウェーハ１０の上面１００とが接触しなくなって荷重値８２が０になる。

時間Ｔ５における研削が終了すると、時間Ｔ７に移行し、研削機構３を高速に上昇させて研削砥石３４１をウェーハ７０から離間させ、研削を終了する。

研削時の加工熱による研削装置１の熱変形や保護テープ１１のつぶれ量にウェーハ１０ごとに差があったとしても、第２研削工程では歪みの戻りを利用してウェーハ１０の厚みを測定しながらウェーハ１０を研削するスパークアウトを実施することにより、各ウェーハ１０の研削時における加工熱の違いや各保護テープ１１のつぶれ量の違いや研削砥石３４１の残量の違いによるスパークアウトでの研削量の違いを、歪みの戻りによって吸収することができるため、研削時の加工熱による熱変形や保護テープ１１のつぶれ量や研削砥石３４１の残量がウェーハ１０ごとに異なることに起因してウェーハ１０の仕上がり厚みに誤差が生じるおそれを低減することができる。

２ 第２実施形態
（１）第３研削工程
図１に示した研削装置１を用いて、ウェーハ１０の上面１００を研削する。ウェーハ１０の下面１０１には保護テープ１１が貼付され、保護テープ１１側がチャックテーブル２の保持面２００に吸引保持され、ウェーハ１０の上面１００が露出した状態となる。本工程の具体的な実施内容は、図３に示すように、第１実施形態の時間Ｔ１～Ｔ４と同様である。研削中は、荷重測定器２５による荷重値８４の測定が常に行われており、荷重測定器２５の測定値があらかじめ設定した所定の設定荷重値に一致するように、制御部７が研削送り速度を調整する。

（２）第４研削工程
時間Ｔ４の後、時間Ｔ６では、研削砥石３４１を少しずつ上昇させながら研削（スパークアウト）を行う。ここにおける研削砥石３４１の上昇速度は、その絶対値が時間Ｔ４にける下降速度よりも小さく、例えば０．１μｍ／秒である。研削砥石３４１を下降させながら研削を行った時間Ｔ３、Ｔ４においては、研削砥石３４１をウェーハ１０に対して押圧することによって、チャックテーブル２が下方に沈み込んだり研削機構３が上方に押し戻されたりして研削装置１に歪みが生じている。したがって、時間Ｔ５においては、その歪みの戻り（スプリングバック）が生じる。時間Ｔ６においては研削砥石３４１をゆっくりと上昇させるが、この研削砥石３４１の上昇速度を歪みの戻り速度より遅くすることにより、その戻りの間に研削砥石３４１の下面がウェーハ１０の上面１００に接触して研削が行われる。この研削によって厚み測定器６の測定値が所定の厚みに達すると、時間Ｔ６における研削を終了する。時間Ｔ６においては、研削が進むにつれて荷重値８４が小さくなっていき、歪みが戻りきると研削が終了し、研削砥石３４１とウェーハ１０の上面１００とが接触しなくなって荷重値８４が０になる。

時間Ｔ６における研削が終了すると、時間Ｔ７に移行し、研削機構３を高速に上昇させて研削砥石３４１をウェーハ７０から離間させ、研削を終了する。

研削時の加工熱による研削装置１の熱変形や保護テープ１１のつぶれ量や研削砥石３４１の残量にウェーハ１０ごとに差があったとしても、第４研削工程では歪みの戻りを利用してスパークアウトを実施することにより、各ウェーハ１０の研削時における加工熱の違いや各保護テープ１１のつぶれ量の違いや研削砥石３４１の残量の違いを、歪みの戻りによって吸収することができるため、研削時の加工熱による熱変形や保護テープ１１のつぶれ量や研削砥石３４１の残量がウェーハ１０ごとに異なることに起因してウェーハ１０の仕上がり厚みに誤差が生じるおそれを低減することができる。

また、第４研削工程では、時間Ｔ６において研削砥石３４１を上昇させており、一方で研削機構３の歪みの戻りは下方に向くため、時間Ｔ６における研削を効率よく行うことができる。

なお、図１に示した研削装置１では、チャックテーブル２の下方に荷重測定器２５を設けたが、荷重測定器は研削機構３側に設けてもよい。

第１研削工程及び第３研削工程において生じる歪みの量を実験によってあらかじめ把握しておくと、第２研削工程及び第４研削工程における歪みの戻り量がわかる。そして、その戻り量がわかると、第１研削工程及び第３研削工程において、ウェーハ１０が所定の厚みよりもどのくらい厚い段階で研削を終了すればよいのかがわかるため、第２研削工程及び第４研削工程における研削終了後の仕上がり厚みの精度を向上させることができる。

１：研削装置
１０：ウェーハ １００：上面 １０１：下面
１１：保護テープ
２：チャックテーブル
２０：吸引部 ２００：保持面 ２１：枠体 ２２：チャック回転機構
２３：テーブルベース ２４：チャック支持部 ２５：荷重測定器
２６：蛇腹 ２７：基台 ２８：チャック回転軸
３：研削機構
３０：スピンドル ３００：回転軸 ３１：スピンドル回転機構
３２：スピンドルハウジング ３３：マウント
３４：研削ホイール ３４０：基台 ３４１：研削砥石
４：チャックテーブル送り機構
４０：ボールネジ ４００：回転軸 ４１：モータ ４２：ガイドレール
４３：スライド板
５：研削送り機構
５０：ボールネジ ５００：回転軸 ５１：モータ ５２：ガイドレール
５３：昇降板 ５４：ホルダ ５５：スケール ５６：読取部
６：厚み測定器 ６１：第１測定部 ６２：第２測定部
７：制御部

Claims (3)

1. チャックテーブルの保持面が保持したウェーハを研削機構に装着した研削砥石によって研削するウェーハの研削方法であって、
   該保持面に垂直な方向に該研削砥石を下降させ、該研削砥石の下面によって該保持面が保持したウェーハの上面を押しながら該上面を研削することによって該ウェーハに垂直荷重を付与し、該チャックテーブル及び該研削機構に歪みを生じさせ、厚み測定器によって測定した研削中のウェーハの厚みがあらかじめ設定した所定の厚みになる直前まで研削する第１研削工程と、
   該第１研削工程の後、該研削砥石の下降を停止させ、該歪みの戻りを利用して該ウェーハの上面を研削し、該厚み測定器が測定した該ウェーハの厚みが該所定の厚みになったら該ウェーハから該研削砥石を離間させる第２研削工程と、
   からなるウェーハの研削方法。
2. チャックテーブルの保持面が保持したウェーハを研削機構に装着した研削砥石によって研削するウェーハの研削方法であって、
   該保持面に垂直な方向に該研削砥石を下降させ、該研削砥石の下面によって該保持面が保持したウェーハの上面を押しながら該上面を研削することによって該ウェーハに垂直荷重を付与し、該チャックテーブル及び該研削機構に歪みを生じさせ、厚み測定器によって測定した研削中のウェーハの厚みがあらかじめ設定した所定の厚みになる直前まで研削する第３研削工程と、
   該第３研削工程の後、予め設定した上昇速度で該研削砥石を上昇させ、該歪みの戻りを利用して該ウェーハの上面を研削し、該厚み測定器が測定した該ウェーハの厚みが該所定の厚みになったら該ウェーハから該研削砥石を離間させる第４研削工程と、
   からなるウェーハの研削方法。
3. 該第１研削工程または該第３研削工程では、該研削砥石が該ウェーハを押す垂直荷重を荷重測定器によって測定し、該荷重測定器が測定した荷重をあらかじめ設定した設定荷重に一致させる請求項１または２記載のウェーハの研削方法。

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