JP6042182B2

JP6042182B2 - ウェーハ研削方法

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Publication number: JP6042182B2
Application number: JP2012252092A
Authority: JP
Inventors: 文中村
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-11-16
Also published as: JP2014103140A

Description

本発明は、内部に柱状電極が形成されたウェーハを研削する方法に関する。

近年、半導体デバイスの小型化の要求に応えるため、従来のボンディングワイヤに代えて、貫通電極（ＴＳＶ：ＴｈｒｏｕｇｈＳｉｌｉｃｏｎＶｉａ）と呼ばれる電極によって、積層された半導体デバイスチップ同士を接続する技術が開発されている（例えば、下記の特許文献１、特許文献２及び特許文献３を参照）。

積層された複数の半導体デバイスチップを貫通電極によって接続する場合は、例えば、ウェーハ内部の表面側に柱状電極を形成し、ウェーハの裏面を研削して柱状電極の先端付近に至るまでウェーハを薄化する。その後、薄化されたウェーハの裏面に対してエッチングを行いウェーハの裏面から柱状電極を露出させ、この露出した柱状電極を別のウェーハの表面に形成されたボンディングパッドに接続する。

一方、研削によって柱状電極をウェーハの裏面から露出させると、柱状電極は銅などの導電性部材により構成されているため、研削されて発生した導電性部材の研削屑が半導体デバイスに悪影響を及ぼすという問題がある。そのため、柱状電極が露出する直前で研削を完了し、エッチングによって柱状電極を露出させることにより、導電性部材の研削屑によって半導体デバイスに悪影響が及ぶのを防止している。

特開２０１２−１３４２３１号公報特開２０１２−０５９８８４号公報特開２０１１−１３８８２５号公報

しかしながら、個々の柱状電極の先端面と被研削面であるウェーハの裏面との間の距離にはばらつきがあるため、ウェーハの裏面から柱状電極が露出することを監視しながらエッチングを行う必要があるという問題がある。また、柱状電極の先端面とウェーハの裏面との間の距離が大きい部分についてはエッチングに時間がかかるため、被研削面を柱状電極の先端面により近づけることが望ましい。

本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、複数の柱状電極と被研削面との間のそれぞれの距離を均一とし、被研削面をより柱状電極の先端に近づけるようにすることに発明の解決すべき課題がある。

本発明は、表面に形成された複数のデバイスのそれぞれに設けられたボンディングパッドに接続された柱状電極が内部に埋設されているウェーハの表面側を吸引保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段によって吸引保持されたウェーハの裏面から該柱状電極の該裏面側の先端までの距離を測定する非接触式の厚み測定手段と、ウェーハの裏面から該柱状電極のウェーハ裏面側の先端までの距離を記憶する記憶部と、研削ホイールが回転可能に装着され該保持手段に保持されたウェーハの裏面を研削する研削手段と、該研削手段を該保持手段に接近および該保持手段から離反させる研削送り手段と、該研削ホイールの研削面とウェーハを保持する該保持手段の保持面との対面状態を調整する調整手段と、を少なくとも備える研削装置を用いたウェーハ研削方法であって、ウェーハの裏面から個々の該柱状電極のウェーハ裏面側の先端までの距離を該記憶部が記憶する記憶工程と、ウェーハの裏面を基準として、該記憶工程で該記憶部が記憶した距離のうち最小距離より小さい距離だけ離れた位置に該研削ホイールの研削面が位置するように該保持手段に保持されたウェーハを該研削手段によって研削する第１の研削工程と、該厚み測定手段を用いて該第１の研削工程において研削されたウェーハの裏面から該柱状電極のウェーハ裏面側の先端までの距離を測定する厚み測定工程と、該厚み測定工程で測定された測定結果に基づいてウェーハの径方向における柱状電極の上のウェーハ厚み傾向を認識する厚み傾向認識工程と、該厚み傾向認識工程の結果より該研削面と該保持面との対面状態を該調整手段で調整する調整工程と、該調整工程を実施した後、該研削手段によって該柱状電極のウェーハ裏面側の先端が露出する直前までウェーハを研削する第２の研削工程と、を備えることを特徴とする。

上記記憶工程は、上記厚み測定手段を用いて遂行することができる。

さらに、上記記憶工程は、予め測定された測定値情報をもって遂行することもできる。

本発明にかかるウェーハ研削方法では、記憶工程を実施した後、第１の研削工程を実施することにより、記憶工程で記憶されたウェーハの裏面から柱状電極の先端までの距離のうち最小の距離より小さい距離だけ離れた位置に研削ホイールの研削面が位置するように研削を行うことができるため、柱状電極を研削することがない。
また、厚み測定工程及び厚み傾向認識工程を実施することにより、柱状電極の先端とウェーハの裏面との間の距離を測定するとともに、この測定結果に基づいてウェーハの厚み分布を認識することができ、次いで、当該厚み分布に基づいて調整工程を実施することによって、柱状電極の先端とウェーハの裏面との間の距離を均一にすることが可能となる。
さらに、第２の研削工程を実施することにより、ウェーハの全域に埋設された柱状電極の先端の露出直前位置まで研削を行うことができるため、ウェーハの裏面を監視しなくても、ウェーハの裏面から複数の柱状電極を露出させることなく研削を完了することができる。

本発明では、上記厚み測定手段を用いて上記記憶工程を実施することができるため、ウェーハの裏面から柱状電極の先端までの距離をより正確に測定することが可能となる。

さらに、本発明は、予め測定された測定値情報をもって上記記憶工程を実施することができるため、作業効率がよくなる。

研削装置の構成を示す斜視図である。ウェーハの構成を示す斜視図である。柱状電極が形成されたウェーハの内部を示す拡大断面図である。第１の研削工程を示す断面図である。厚み測定工程及び厚み傾向認識工程を示す断面図である。研削後のウェーハの内部に埋設された柱状電極を示すとともに、厚み測定工程及び厚み傾向認識工程を示す拡大断面図である。調整工程を示す断面図である第２の研削工程を示す断面図である。

図１に示す研削装置１は、Ｙ軸方向にのびる装置ベース２と、装置ベース２のＹ軸方向後部側に立設されたコラム４と、により少なくとも構成されている。装置ベース２の上面３には、Ｙ軸方向に移動可能な移動基台５が配設されており、移動基台５は、被加工物を吸引保持する保持面７を有する保持手段６を支持している。そして、移動基台５が蛇腹８の伸縮にともなってＹ軸方向に移動することにより、保持手段６を同一方向に移動させることができる。

装置ベース２の上面３には、非接触式の厚み測定手段１０が配設されている。厚み測定手段１０は、旋回モータ１１と、水平方向にのびるセンサー１２と、を少なくとも備えている。旋回モータ１１の駆動により、センサー１２は保持手段６の保持面７の半径方向に旋回することができる。センサー１２は、例えばレーザー光を被加工物にむけて投光することが可能となっている。

図１に示すように、コラム４の側部においては、被加工物に研削を施す研削手段３０が研削送り手段４０によって昇降可能に支持されている。研削手段３０は、Ｚ軸方向の軸心を有するスピンドル３１と、スピンドル３１の外周を囲繞し支持するホルダ３２と、スピンドル３１の上端に取り付けられたモータ３３と、スピンドル３１の下端にマウント３４を介して装着された研削ホイール３５と、研削ホイール３５の下部において環状に固着された研削砥石３６とを備えている。研削砥石３６の下面が被加工物に接触する研削面３７となっており、この研削面３７が研削ホイール３５の研削面として機能する。また、研削手段３０は、モータ３３の駆動によって研削ホイール３５を所定の回転速度で回転させることができる。

研削送り手段４０は、Ｚ軸方向にのびるボールネジ４１と、ボールネジ４１の一端に接続されたモータ４２と、ボールネジ４１と平行にのびる一対のガイドレール４３と、内部に備えたナットがボールネジ４１に螺合するとともに側部がガイドレール４３に摺接する昇降板４４と、を備えている。研削送り手段４０は、モータ４２によって駆動されてボールネジ４１が回動すると、一対のガイドレール４３に沿って昇降板４４をＺ軸方向に移動させることにより、昇降板４４に連結された研削手段３０を昇降させ、保持手段６に保持された被加工物を押圧しながら研削することができる。

保持手段６の下方には、研削ホイール３５の研削面３７と保持手段６の保持面７との対面状態を調整する調整手段５０が複数配設されている。そして、少なくとも１つの調整手段５０を調整することによって保持面７を所定角度傾けることができる。なお、研削手段３０に備えるスピンドル３１側に複数の調整手段５０を配設するようにしてもよい。調整手段５０は、例えばボルトの回転によって保持手段６の一部を昇降させることにより、保持手段６の傾斜角度を変えることができる。

厚み測定手段１０には、厚み測定手段１０が測定して取得した厚み情報を記憶する記憶部２０が接続されており、記憶部２０には、制御部６０が接続されている。制御部６０は、ＣＰＵ及びメモリを少なくとも備えており、記憶部２０に記憶された情報に基づいて研削送り手段４０及び調整手段５０を制御することができる。

以下では、研削装置１によって、図２及び図３に示す被加工物であるウェーハ７０を研削する研削方法について説明する。図２に示すウェーハ７０の表面７１には、格子状のストリート７３によって区画されて複数のデバイス７４が形成されている。一方、ウェーハ７０の裏面７２には、デバイス７４が形成されていない。図２の部分拡大図に示すデバイス７４には、電極に接続されるボンディングパッド７５が複数設けられている。

図３に示すように、ウェーハ７０の内部には、図２に示したボンディングパッド７５に接続された複数の柱状電極７６が表面７１側に埋設されている。柱状電極７６は、例えば、金属、銅などの導電性部材により形成されている。なお、複数の柱状電極７６の高さには、ばらつきが発生している。

（１）記憶工程
まず、図１に示す保持手段６の保持面７にウェーハ７０の表面７１側を載置して裏面７２を上向きに露出させる。次いで、保持手段６は、ウェーハ７０の表面７１側を吸引し、ウェーハ７０を保持面７に保持させる。なお、図示していないが、ウェーハ７０の表面７１には、デバイス７４を保護するためのテープを貼着する。

上記のように、図３に示す複数の柱状電極７６の高さにはばらつきがあるため、ウェーハ７０の裏面７２を研削する前に、該裏面７２から柱状電極７６の裏面７２側の先端面７７までの距離を柱状電極７６毎に測定し、図１に示した記憶部２０に記憶させる。

ここで、図３に示すウェーハ７０の裏面７２から各柱状電極７６の先端面７７までの距離Ｈ１、距離Ｈ２及び距離Ｈ３は、予め把握されている研削前のウェーハ７０の厚み９ａからそれぞれの柱状電極７６の高さを引けば求めることができる。図３の例では、距離Ｈ１は、ウェーハ７０の裏面７２から先端面７７までの距離として最小となっている。そして、図１に示す記憶部２０は、距離Ｈ１、距離Ｈ２及び距離Ｈ３を記憶する。このようにして、記憶工程が終了する。

ウェーハ７０の裏面７２から柱状電極７６の先端面７７までの距離を測定する手段としては、例えば、図１に示した研削装置１に備える厚み測定手段１０を用いることができる。また、当該距離をあらかじめ測定しておき、この測定値情報をもって記憶工程を遂行することも可能である。研削前のウェーハ７０の厚み９ａは、厚み測定手段１０で測定し記憶部２０に記憶させる。測定したウェーハ７０の厚み９ａから記憶部２０に記憶している距離Ｈ１，距離Ｈ２，距離Ｈ３を差し引き、複数の柱状電極７６の高さを求める事が出来る。複数の柱状電極７６の高さは、記憶部２０にあらかじめ記憶させておく。

（２）第１の研削工程
記憶工程を実施した後、図４に示すように、研削手段３０によって、保持手段６に吸引保持されたウェーハ７０の裏面７２を研削する。まず、ウェーハ７０を保持した保持手段６は、例えば矢印Ａ方向に回転しつつ、研削手段３０を下方に移動する。

研削手段３０は、スピンドル３１の回転により研削ホイール３５を例えば矢印Ｂ方向に回転させる。次いで、研削送り手段４０が制御部６０の制御にしたがって、研削ホイール３５の研削面３７を距離Ｈ１以内の範囲で下降させ、研削砥石３６によってウェーハ７０の裏面７２を押圧しながら研削する。

制御部６０は、上記記憶工程において記憶部２０が記憶したウェーハ７０の裏面７２を基準として、柱状電極７６の先端面７７までの距離Ｈ１、距離Ｈ２及び距離Ｈ３のうちで最小の距離（図３の例では距離Ｈ１）より小さい距離だけ離れた位置に研削ホイール３５の研削面３７が位置するように研削送りを行うよう研削送り手段４０を制御する。研削ホイール３５の研削面３７が距離Ｈ１、距離Ｈ２及び距離Ｈ３のうちで最小の距離（図３の例では距離Ｈ１）より小さい距離だけ離れた位置に位置するため、柱状電極７６を研削することはない。以上のようにして、第１の研削工程が終了する。

（３）厚み測定工程
第１の研削工程を実施した後、図５に示す厚み測定手段１０は、研削後のウェーハ７０の裏面７２から柱状電極７６の先端面７７までの距離を測定する。

図６に示すセンサー１２は、例えば、保持面７に吸引保持されているウェーハ７０に対して半径方向に走査するとともに、ウェーハ７０に対して透過性を有しない波長の第1のレーザー光と、ウェーハ７０に対して透過性を有するとともに柱状電極７６に対して透過性を有しない波長の第２のレーザー光とをウェーハ７０の裏面７２にむけて投光する。第1のレーザー光は、ウェーハ７０の裏面７２において反射し、第２のレーザー光は、柱状電極７６の先端面７７において反射する。そして、これら２つの反射光の干渉波をセンサー１２が検波することにより、裏面７２から柱状電極７６の先端面７７までの距離が求まる。

このように、厚み測定手段１０は、研削後のウェーハ７０の内部に埋設された個々の柱状電極７６毎にレーザー光を投光してウェーハ７０の裏面７２から電極７６の先端面７７までの距離Ｈ４、距離Ｈ５及び距離Ｈ６を測定する。そして、記憶部２０が当該測定結果を記憶する。なお、図６に示す距離Ｈ４、距離Ｈ５及び距離Ｈ６は、研削後のウェーハ７０の厚み９ｂからそれぞれの柱状電極７６の高さを引くことによっても求めることができる。この場合における研削後のウェーハ７０の厚みは、上記と同様にレーザー光の反射波の干渉波に基づいて求めることもできるし、触針式の厚さ測定器等を用いて求めることもできる。

（４）厚み傾向認識工程
厚み測定工程を実施した後、上記厚み測定工程で測定されたウェーハ７０の裏面７２と柱状電極７６の先端面７７との距離Ｈ４、距離Ｈ５及び距離Ｈ６に基づいて、柱状電極７６上のウェーハ７０の径方向における厚み傾向（厚み分布）を認識し、記憶部２０によって記憶させる。そして、記憶部２０は、記憶したウェーハ７０の厚み傾向を制御部６０に送る。

（５）調整工程
厚み傾向認識工程を実施した後、図７に示すように、研削ホイール３５の研削面３７と、保持手段６の保持面７との対面状態を、これら２つの面が平行となるように調整する。調整手段５０は、制御部６０の制御にしたがって所定の高さだけ上昇又は下降する。これにより、保持手段６の保持面７が傾き、ウェーハ７０の研削範囲であり柱状電極７６の先端が露出する直前の高さ位置である露出直前位置７８が、研削面３７と平行な関係に位置づけられる。

（６）第２の研削工程
調整工程を実施した後、図８に示すように、研削手段３０によって、保持手段６に吸引保持されたウェーハ７０の裏面７２を研削する。ウェーハ７０を保持した保持手段６が例えば矢印Ａ方向に回転する。研削手段３０は、スピンドル３１の回転により研削ホイール３５を例えば、矢印Ｂ方向に回転させる。次いで、研削送り手段４０は、制御部６０の制御にしたがい研削ホイール３５の研削面３７を図７に示した露出直前位置７８まで下降させ、ウェーハ７０の裏面７２を押圧しながら研削する。このようにして、ウェーハ７０の裏面７２から複数の柱状電極７６の先端が露出する直前で第２の研削工程を終了する。したがって、導電性部材である柱状電極７６が研削されてウェーハ７０に悪影響を及ぼすのを防止することができる。また、調整工程において研削ホイール３５の研削面３７と保持手段６の保持面７とが平行となっているため、ウェーハ７０が均一な厚さに形成され、柱状電極７６の先端面７７とウェーハ７０の裏面７２との間の距離が均一となる。

次に、第２の研削工程を実施した後、研削後のウェーハ７０の裏面７２から柱状電極７６を露出させるため、ウェーハ７０の裏面７２にエッチングを行う。エッチングは、特に限定されるものではなく、例えば、ドライエッチングやウエットエッチングを行うことができる。第二の研削工程において柱状電極７６の先端面７７とウェーハ７０の裏面７２との間の距離が均一となっているため、エッチング時に柱状電極７６の頂部を監視しなくても、柱状電極７６の頂部を一様に露出させることができる。また、ウェーハ７０の研削された裏面と柱状電極７６の先端面７７とが極力近づくように研削したため、エッチング量を少なくすることができ、エッチング時間を短くして効率化を図ることができる。

以上のように、ウェーハ研削方法では、記憶工程を実施した後、第１の研削工程を実施することにより、記憶工程で記憶されたウェーハ７０の裏面７２を基準として柱状電極７６の先端面７７までの距離Ｈ１、距離Ｈ２及び距離Ｈ３のうち最小の距離（距離Ｈ１）より小さい距離だけ離れた位置に研削ホイール３５の研削面３７が位置するように研削を行うことができるため、柱状電極７６を研削することがない。
また、厚み測定工程及び厚み傾向認識工程を実施することにより、柱状電極７６の先端面７７とウェーハ７０の裏面７２との間の距離を測定するとともに、この測定結果に基づいてウェーハ７０の厚み分布を認識することができる、次いで、厚み分布に基づいて調整工程を実施することによって、柱状電極７６の先端面７７とウェーハ７０の裏面７２との間の距離を均一にすることが可能となる。
さらに、第２の研削工程を実施することにより、ウェーハ７０の全域に埋設された柱状電極７６の先端面７７の露出直前位置７８まで研削を行うことができるため、ウェーハ７０の裏面７２を監視する必要がなくなり、ウェーハ７０の裏面７２から複数の柱状電極７６を露出させることなく研削を完了することができる。

１：研削装置
２：装置ベース
３：上面
４：コラム
５：移動基台
６：保持手段
７：保持面
８：蛇腹
９ａ，９ｂ：厚み
１０：厚み測定手段１１：旋回モータ１２：センサー
２０：記憶部
３０：研削手段３１：スピンドル３２：スピンドルハウジング３３：モータ
３４：マウント３５：研削ホイール３６：研削砥石３７：研削面
４０：研削送り手段４１：ボールネジ４２：モータ４３：ガイドレール
４４：昇降板
５０：調整手段
６０：制御部
７０：ウェーハ７１：表面７２：裏面７３：デバイス７４：ストリート
７５：ボンディングパッド７６：柱状電極７７：先端面７８：露出直前位置

Claims

表面に形成された複数のデバイスのそれぞれに設けられたボンディングパッドに接続された柱状電極が内部に埋設されているウェーハの表面側を吸引保持する保持面を有する保持手段と、該保持手段によって吸引保持されたウェーハの裏面から該柱状電極の該裏面側の先端までの距離を測定する非接触式の厚み測定手段と、ウェーハの裏面から該柱状電極のウェーハ裏面側の先端までの距離を記憶する記憶部と、研削ホイールが回転可能に装着され該保持手段に保持されたウェーハの裏面を研削する研削手段と、該研削手段を該保持手段に接近および該保持手段から離反させる研削送り手段と、該研削ホイールの研削面とウェーハを保持する該保持手段の保持面との対面状態を調整する調整手段と、を少なくとも備える研削装置を用いたウェーハ研削方法であって、
ウェーハの裏面から個々の柱状電極のウェーハ裏面側の先端までの距離を該記憶部がそれぞれ記憶する記憶工程と、
ウェーハの裏面を基準として、該記憶工程で該記憶部が記憶した距離のうち最小距離より小さい距離だけ離れた位置に該研削ホイールの研削面が位置するように、該保持手段に保持されたウェーハを該研削手段によって研削する第１の研削工程と、
該厚み測定手段を用いて該第１の研削工程において研削されたウェーハの裏面から該柱状電極のウェーハ裏面側の先端までの距離を測定する厚み測定工程と、
該厚み測定工程で測定された測定結果に基づいてウェーハの径方向における該柱状電極の上のウェーハ厚み傾向を認識する厚み傾向認識工程と、
該厚み傾向認識工程の結果より該研削面と該保持面との対面状態を該調整手段によって調整する調整工程と、
該調整工程を実施した後、該研削手段によって該柱状電極のウェーハ裏面側の先端が露出する直前まで該ウェーハを研削する第２の研削工程と、を備えることを特徴とするウェーハ研削方法。
前記厚み測定手段を用いて前記記憶工程を遂行する請求項１記載のウェーハ研削方法。
予め測定された測定値情報をもって前記記憶工程を遂行する請求項１記載のウェーハ研削方法。