JP5219569B2 - ウェーハ研削装置における加工良否判定方法およびウェーハ研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハ研削装置における加工良否判定方法およびウェーハ研削装置に関するものである。

近年、半導体装置の高度の集積、実装化が進み、それに伴って半導体チップ（ダイ）を薄片化することが行われている。そのため、研削手段でダイシング前のウェーハの裏面を研削することが行われる。このウェーハの裏面研削加工時には、ウェーハの表面に保護テープを貼り付けて表面を保護した状態で行うようにしている。
さらに、裏面研削加工後は、ウェーハの裏面を研磨（ポリッシング）することにより歪みを除くことが行われ始めている。

ところで、ウェーハの素材によっては、例えば素材が硬質で、研削し難いものである場合、いわゆる面焼け、むしれ等の研削不良が生じるおそれがあり、所望の研削加工が困難であることがある。
そこで、特許文献１では、レジンボンドにダイヤモンド砥粒と微細な金属球とを混入して砥石を形成して研削ホイールを構成することを提案している。
このことにより、当りが比較的ソフトな金属球がダイヤモンド砥粒とウェーハとの間で緩衝材として機能するとともに、熱伝導率に優れることによる冷却機能、金属球が真球で脱落しやすいことに起因するダイヤモンド砥粒の脱落による発刃機能と相俟って、難削材で形成されたウェーハを、面焼け、ムシレ等を生ずることなく効率よく研削することができる、としている。

特開２００７−３０１６６５号公報

しかしながら、上述のウェーハの裏面研削加工時においては、所望の研削加工がなされているかを監視しているかは何ら、開示も示唆もされてはいない。
従って、所望の研削加工がなされず、そのまま研削加工が進んでしまうと、製品不良の発生は避けられず、歩留りの低下を招く。
本発明は、以上のような課題を改善するために提案されたものであって、ウェーハの裏面を研削する研削工程において、研削手段の送り量に基づくウェーハの厚さとウェーハ厚さの実測値とを比較することで、面焼けなどの研削面の加工不良を判定し得、製品不良の発生を未然に防止し得るようにした、ウェーハ研削装置における加工良否判定方法およびウェーハ研削装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、研削手段を送り込んでウェーハの裏面に押し当て、ウェーハの裏面を研削する研削工程において、研削工程の間に、研削手段の送り量を算出し、研削工程の間に、研削手段の送り量に対応するウェーハの厚さを、予め格納したデータから抽出し、研削工程の間に、実際のウェーハの厚さを測定し、研削工程の間に、研削手段の送り量に対応するウェーハの厚さと実際のウェーハの厚さとを比較するとともに、研削手段の送り量に対応するウェーハの厚さと実際のウェーハの厚さとの差が所定範囲内に有るか否かを監視して、ウェーハの裏面の加工良否を判定することを特徴とする。

これにより、ウェーハを研削する研削工程において、リアルタイムでウェーハの加工不良を判定し、加工停止を指令することで、製品不良の発生を未然に防止し得る。

請求項２に記載の発明では、実際のウェーハの厚さは、接触式センサに基づくコンタクト式ウェーハ厚さ検出手段により測定されることを特徴とする。

これにより、ウェーハの厚さを、リアルタイムで、正確に検出することができ、高精度な加工良否判定に寄与することができる。

さらに請求項３に記載の発明では、ウェーハを保持して、ウェーハを研削する研削手段と、研削手段を研削送りする送り手段とを備えたウェーハ研削装置において、研削工程の間に、実際のウェーハの厚さを測定する検出手段と、研削工程の間に、研削手段の送り量を演算する演算部と、研削工程の間に、研削手段の送り量に対応するウェーハの厚さを、予め記憶したデータから抽出する導出部と、研削工程の間に、導出部が抽出したウェーハの厚さと検出手段が測定した実際のウェーハの厚さとを比較するとともに、導出部が抽出したウェーハの厚さと実際のウェーハ厚さとの差が所定範囲内に有るか否かを監視して、ウェーハの裏面の加工良否を判定する加工良否判定部とを具備することを特徴とする。

これにより、研削手段の送り量から、対応するウェーハの厚さを導き出すことができる。この導き出されたウェーハの厚さと、逐時計測したウェーハの厚さとを比較する。
もし、面焼け等の加工不良が発生すると、研削手段の送り量に比較して、研削されているべき分が残留し、ウェーハの実測値が異なってくる。
この実測値とのずれが、出現することで、容易に、加工不良であることを把握することができる。
従って、研削手段の送り量に基づくウェーハの厚さとウェーハの厚さの実測値とを比較して、差を見出すことで、加工不良と判定することができ、裏面研削工程を停止する指令を発することができる。

図１に半導体ウェーハ研削装置１の一例を示す。この半導体ウェーハ研削装置１（以下、研削装置１）は、ウェーハ２を保持する保持手段（後述）と、ウェーハ２を研削する研削手段３と、研削手段３を研削送りする送り手段４とを備えたものである。

ウェーハ２は、図２に示すように、例えば回路パターン２ｃが形成された表面２ａ側に保護フィルム５を貼り合わせて構成されている。なお、ウェーハ２には、回路パターン２ｃが形成された表面２ａ側に保護フィルム５を貼り合わせる他、さらに支持基材（図示省略）を貼り合わせて構成しているものもある。
かかるウェーハ２は、保持手段として、モータ６により回転するターンテーブル７上面の、図示しないたとえば吸着プレート（チャック）に保持するようにしている。なお、ターンテーブル７は、円盤状に形成され、その下面にモータ６の出力軸８がターンテーブル７の中心軸と同軸上に取り付けられている。このターンテーブル７は、モータ６の駆動力によって図中矢印Ａ方向に回転される。
かかるウェーハ２は、後述する手段により計測するようにしているが、研削加工前の厚さｔ１は例えば約７５０μｍであり、保護フィルム５の厚さは約１００μｍとしている。
そしてウェーハ２は、後述の研削手段３を送り手段４により、ウェーハ２の研削面である裏面２ｂに当接し、押込んでいくことで、所定の厚さ、例えば３０μｍ程度まで薄く研削加工するようにしている。

研削手段３は、装置本体９に立設した略Ｌ字状のラム１０先端側に設けて、図中、Ｚ方向に、往復動可能な送り手段４に取付けている。
すなわち研削手段３は、送り手段４を構成する軸部（後述）によって軸方向に移動するモータ１１の出力軸１２先端に取付けた研削砥石１３を有している。この際研削砥石１３は、その上面でモータ１１の出力軸１２が研削砥石１３の中心軸と同軸上に取り付けられ、このモータ１１の駆動力によって図中矢印Ｂ方向に回転される。

研削砥石１３は、ターンテーブル７で吸着保持されたウェーハ２の裏面２ｂを研削加工する砥石であり、例えば、液体ボンドを結合材とするダイヤモンド砥石が用いられる。結合材を液体ボンドにすることで、砥石が弾性を持ち、砥石１３とウェーハ２接触時の衝撃力が緩和され、ウェーハ裏面２ｂを高精度に加工することができる。研削砥石１３は、砥石部分１３ａを、ターンテーブル７で吸着保持されたウェーハ２の裏面２ｂに対向するようにしている。

次に、研削手段３を研削送りする送り手段４は、ボールネジ１４等を備えている。送り制御部（後述）により、モータ（図示省略）で、ボールネジ１４を駆動すると、研削砥石１３をウェーハ２に対してＺ方向に移動させることができる。よって、研削砥石１３をウェーハ２の裏面２ｂに押圧当接させて送り動作させることにより、ウェーハ２の裏面２ｂを研削砥石１３で研削することができる。

ボールネジ１４は、Ｌ字状に形成されたラム１０上に固定されている。ラム１０は、可動式であっても固定式であってもどちらでもよく任意であるが、本実施形態のラム１０は固定式である。

以上のように構成される研削装置１においては、制御システムとして、電源コントローラ他、ウェーハ２の厚さを実測するために、研削工程時、ターンテーブル７で吸着保持されたウェーハ２の厚さを、リアルタイムで検出する検出手段１５を備えている。この検出手段１５としては、例えば、接触式センサに基づくコンタクト式ウェーハ厚さ検出手段、すなわち、インプロセスゲージを用いることができる。
インプロセスゲージは、接触子としてのプローブの変化が差動トランスによって電圧信号に変換され、変換された電圧信号に基づいてターンテーブル７上面とウェーハ裏面２ｂとの間の距離（Ｐ１−Ｐ２）、すなわちウェーハ２の厚さをリアルタイムに実測している。

また、かかる検出手段１５には、非接触式センサによる検出手段も可能である。
すなわち、非接触式センサとして、赤外線が金属やガラスやプラスチックを透過する性質を利用して、ウェーハ２と保護フィルム５との境界面で反射される赤外光の反射時間を計測することで、図２に示すように、ウェーハ単体の厚さｔ１を測定するＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｙ）センサを用いることができる。
このＩＲセンサは、図示しないデータ解析装置やプローブを有するステージユニットや電源コントローラ等と共に制御システムを構成して、研削装置１に備わっている。

そして、研削装置１の制御システムとしては、制御部１６に、送り手段４のモータを制御する送り制御部１７から、モータの動作量にかかる信号を取り込んで、研削手段３の送り量（Ｚ方向の送り座標値）を演算する演算部１８と、この送り量から、送り量に対応するウェーハ２の厚さを求める導出部１９とを備え、この送り量に対応するウェーハ２の厚さと、ウエーハ２の厚さを実測する検出手段１５から実測値（Ｐ１−Ｐ２）にかかる信号を取り込んで比較して、ウェーハ２の研削面の加工良否を判定し、加工不良と判定の際に裏面研削作用を停止する指令を発する加工良否判定部２０とを備えている。

演算部１８では、例えば研削加工当初の研削手段３の位置（座標値Ｚ_０）と、加工開始から任意の時間ｔにおける送り位置（座標値Ｚ_ｔ）との差から｜Ｚ_０−Ｚ_ｔ｜を送り量として求めている。
一方、導出部１９では、例えば予め格納されているデータから、前述の｜Ｚ_０−Ｚ_ｔ｜に対応するウェーハ２の厚さを抽出している。

そして、加工良否判定部２０においては、送り量に対応するウェーハ２の厚さと、検出手段１５から取り込んだウェーハ２の厚さの実測値（Ｐ１−Ｐ２）とを比較するべく、｜Ｚ_０−Ｚ_ｔ｜−｜Ｐ１−Ｐ２｜＝差分Δを求め、このΔ値が所定の範囲内の値であるか否かを監視している。すなわち、研削工程において、このΔ値が変動すると、例えば研削砥石１３により、加工面であるウェーハ２の裏面２ｂが、何らかの理由で研削加工がなされず、例えば面焼けなどの加工不良が生じていると看做すことができる。
そして、加工良否判定部２０は、Δ値の変動を観て、研削装置１の動作を停止する旨、指令を発する設定とすることができる。

以上のように構成される研削装置１において、研削加工手順、並びに研削加工時における加工良否判定の手順について説明する。
先ず、図２に示すように、加工対象物としてのウェーハ２の表面２ａに貼り合わされた保護フィルム５を下向きにして、ウェーハ２をターンテーブル７の上面に保持させる。
次に、ウェーハ２をモータ６で回転させると共に、ラム１０先端側の送り手段４に取り付けられた研削手段３における研削砥石１３をモータ１１で回転させる。次いで、送り制御部１７より制御指令を発して、モータに電力を供給し、ボールネジ１４を駆動して研削砥石１３を下降移動させる。
研削砥石１３の砥石部分１３ａをウェーハ２の裏面２ｂに当接させ、ターンテーブル７の回転毎に所定の切込み量だけ研削砥石１３を下降させて裏面研削を行う。

ところで、以上のような裏面研削加工時、研削装置１の制御システムにおいて、研削加工開始時から、ウェーハ２の裏面２ｂと当接する研削砥石１３の砥石部分１３ａの位置（Ｚ方向の座標値）が送り制御部１７から、モータの動作量にかかる信号として逐時、取り込まれ、研削手段３の送り量｜Ｚ_０−Ｚ_ｔ｜（Ｚ方向の送り座標値）を、演算部１８において演算する。
次いでこの送り量｜Ｚ_０−Ｚ_ｔ｜に対応するウェーハ２の厚さを、導出部１９により、予め格納されているデータから、抽出する。
そして、加工良否判定部２０において、送り量に対応するウェーハ２の厚さと、検出手段１５から取り込んだウェーハ２の厚さの実測値（Ｐ１−Ｐ２）とを比較するべく、｜Ｚ_０−Ｚ_ｔ｜−｜Ｐ１−Ｐ２｜＝差分Δを求め、このΔ値が所定の範囲内の値であるか否かを監視する。

もし、その際、Δ値が変動すると、例えば研削砥石１３により、加工面であるウェーハ２の裏面２ｂが、何らかの理由で研削加工がなされず、加工良否判定部２０は例えば面焼けなどの加工不良が生じていると看做すことができる。
そして、加工良否判定部２０は、Δ値の変動を観て、研削装置１の動作を停止する旨、指令を発し、加工工程を停止させることができる。
このように、研削加工時の段階で、加工不良を発見することができるので、加工を停止することにより、未然に不良品発生を防止することができる。

裏面２ｂの研削加工が正常に終了すると、研削砥石１３をウェーハ２から退避移動させ、モータ１１を停止して研削砥石１３の回転を停止させる。これにより、研削装置１による研削工程が終了する。

研削終了後は、ウェーハ２をターンテーブル７に固定させたままの状態で、図示しない研磨装置によりポリッシングが行われ、加工変質層などが取り除かれる。これにより、ウェーハ２の不用意な割れなどの破損が防止される。研磨終了したウェーハ２は、ターンテーブル７から取り外されて、ウェーハ処理工程等の次工程に移送され、コーティングやダイシングが行われる。

このように本実施形態のウェーハ２の研削装置１について、加工時に、リアルタイムで研削手段の送り量に基づくウェーハの厚さとウェーハ厚さの実測値とを比較することで、面焼けなどの研削面の加工不良を即座に判定することができ、加工停止を指令することで、製品不良の発生を未然に防止することができる。

ここで、参考までに、図３、図４に、研削砥石の送り座標値（換算値）とコンタクト式ウエーハ厚さ値（実測値）との関係を示す。
図３では、正常に研削加工が行われている状態を示し、図４では、研削加工が正常になされていないときの状態を示している。
これら図から、容易に諒解されるように、正常に研削加工が行われているときは、送り座標値（換算値）とコンタクト式ウエーハ厚さ値（実測値）との間には、ずれが極小であり、従って、Δ値が極小な値に留まっている。従って、このΔ値を例えば所定値未満（２０ｕｍ）であるとして、良好に加工されていると判定することができる。
一方、面焼けなどの加工不良が発生すると、送り座標値（換算値）とコンタクト式ウエーハ厚さ値（実測値）との間には、ずれがあり、時間と共に、Δ値が増大化することがわかる。従って、かかる状態を、面焼けなどの加工不良が発生していると判定することができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではないことは勿論である。
例えば、検出手段１５として、インプロセスゲージを用いているが、ターンテーブル７に固定されるウェーハ２の裏面位置を計測できるものであれば、他の測定手段に変えることもできる。

また、検出手段１５である非接触式検出手段の一例として、実施形態ではＩＲセンサを用いる場合を説明したが、研削加工時にウェーハ２単体の厚さｔ１を計測できるものであれば、他の非接触式センサでもよく、可能であれば接触式センサでもよい。

本発明にかかるウェーハ研削装置における加工良否判定方法を実行するための一例を示す、要部システム構成図である。 図１に示す研削対象であるウェーハの一例とその厚さを計測する手法を示した、要部拡大的断面説明図である。 研削工程において、良好な加工時の、研削砥石の送り座標値（換算値）とコンタクト式ウエーハ厚さ値（実測値）との関係の一例を示すグラフである。 研削工程において、加工不良が発生したときの、研削砥石の送り座標値（換算値）とコンタクト式ウエーハ厚さ値（実測値）との関係の一例を示すグラフである。

符号の説明

１ 研削装置
２ ウェーハ
２ａ 表面
２ｂ 裏面
２ｃ 回路パターン
３ 研削手段
４ 送り手段
５ 保護フィルム
６ モータ
７ ターンテーブル
８ 出力軸
９ 装置本体
１０ ラム
１１ モータ
１２ 出力軸
１３ 研削砥石
１３ａ 砥石部分
１４ ボールネジ
１５ 検出手段
１６ 制御部
１７ 送り制御部
１８ 演算部
１９ 導出部
２０ 加工良否判定部

Claims (3)

1. 研削手段を送り込んでウェーハの裏面に押し当て、ウェーハの裏面を研削するウェーハ研削装置における加工良否判定方法において、
   研削工程の間に、前記研削手段の送り量を算出し、
   前記研削工程の間に、前記研削手段の前記送り量に対応するウェーハの厚さを、予め格納したデータから抽出し、
   前記研削工程の間に、実際のウェーハの厚さを測定し、
   前記研削工程の間に、前記研削手段の送り量に対応する前記ウェーハの厚さと前記実際のウェーハの厚さとを比較するとともに、前記研削手段の前記送り量に対応する前記ウェーハの厚さと前記実際のウェーハの厚さとの差が所定範囲内に有るか否かを監視して、前記ウェーハの前記裏面の加工良否を判定する、
   加工良否判定方法。
2. 前記実際のウェーハの厚さは、接触式センサに基づくコンタクト式ウェーハ厚さ検出手段により測定される、請求項１に記載の加工良否判定方法。
3. ウェーハを保持して、ウェーハを研削する研削手段と、研削手段を研削送りする送り手段とを備えたウェーハ研削装置において、
   研削工程の間に、実際のウェーハの厚さを測定する検出手段と、
   前記研削工程の間に、前記研削手段の送り量を演算する演算部と、
   前記研削工程の間に、前記研削手段の前記送り量に対応するウェーハの厚さを、予め記憶したデータから抽出する導出部と、
   前記研削工程の間に、前記導出部が抽出した前記ウェーハの厚さと前記検出手段が測定した前記実際のウェーハの厚さとを比較するとともに、前記導出部が抽出した前記ウェーハの厚さと前記実際のウェーハ厚さとの差が所定範囲内に有るか否かを監視して、前記ウェーハの前記裏面の加工良否を判定する加工良否判定部と、
   を具備するウェーハ研削装置。

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