JP6388545B2 - 被加工物の研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハ等の板状被加工物の研削方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが表面に複数形成されたシリコンウェーハ（以下、単にウェーハと称することがある）は、裏面が研削されて所定の厚みに薄化された後、切削装置によって個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

ウェーハの裏面を研削するには、研削装置のチャックテーブルで保持したウェーハを回転すると共に、研削砥石を回転させながらウェーハの被研削面（裏面）に接触させて、ウェーハの厚さを測定しながら研削している。

その際の厚さの測定方法としては、回転しているウェーハの被研削面とチャックテーブルの枠体の上面（基準面）とに接触端子を接触させながら厚さを測定し、所定の厚さに達した時点で加工を終了する方法が一般的である（例えば、特開昭６３−２５６３６０号公報、特開２０００−００６０１８号公報、特開２００１−００９７１６号公報参照）。

特開昭６３−２５６３６０号公報 特開２０００−００６０１８号公報 特開２００１−００９７１６号公報

しかし、接触端子を接触させながら厚さを測定する測定方法では、厚さ測定器の接触端子をウェーハの被研削面に接触させながら厚さを測定するので、ウェーハの被研削面に接触端子が接触した傷が残ってしまうという問題がある。

また、接触測定方法では、ウェーハの厚さとウェーハの表面側に貼着された保護部材とを含む総厚を厚さ測定器で測定しながら、研削加工を実施するので、保護部材の厚さにばらつきがある場合、そのばらつきが測定された厚さにも表れ、高精度の厚さ測定をできないという問題がある。

そこで、レーザービームを用いて研削中のウェーハの厚さを測定しながらウェーハを所定の厚みに薄化するという研削方法もいくつか提案されている。この方法では、ウェーハの上面で反射する反射波とウェーハの下面で反射する反射波との到着時間差をもってウェーハの厚みを測定しているが、被加工物の種類によっては特定波長を有するレーザービームがウェーハを透過しないという問題があり、被加工物の種類によってはレーザービームを用いた厚さ測定方法を適用できない場合がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工物の被研削面に厚さ測定器の接触端子の傷が残らず、被加工物の種類によらず且つ被加工物の表面側に保護部材が貼着されていても、被加工物の厚さを測定しながら研削可能な被加工物の研削方法を提供することである。

本発明によると、表面に保護部材が貼着された被加工物を該保護部材を介して保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物の裏面を研削する研削手段と、被加工物の厚さを測定する超音波測定手段と、を備えた研削装置を用いて被加工物の裏面を研削して被加工物を所定の厚さに薄化する被加工物の研削方法であって、該超音波測定手段は、該チャックテーブルの上面に対向して配置され、該チャックテーブルの上面高さ位置を測定する第１超音波測定器と、チャックテーブルに保持された被加工物の上面に対向して配置され、発振された超音波が被加工物の上面で反射した反射波を受信するまでの伝播時間と、被加工物の下面で反射した反射波を受信するまでの伝播時間との差から被加工物の実厚を測定する第２超音波測定器と、を含み、該被加工物の研削方法は、該第２超音波測定器のみによって被加工物の実厚を測定しながら、所定の厚さまで被加工物の裏面を研削する第１研削工程と、該第１研削工程終了時に、該第１超音波測定器によって測定したチャックテーブルの上面高さ位置と該第２超音波測定器によって測定した被加工物の上面高さ位置との差から求められる総厚と、該第２超音波測定器によって測定した被加工物の実厚との差から保護部材の厚さを算出する保護部材厚さ算出工程と、該保護部材厚さ算出工程実施後、該第２超音波測定器で測定した被加工物の上面高さ位置と該第１超音波測定器で測定したチャックテーブルの上面高さ位置との差と該保護部材の厚さから研削中の被加工物の厚さを算出し、被加工物を目標仕上げ厚さまで研削する第２研削工程と、を備えたことを特徴とする被加工物の研削方法が提供される。

好ましくは、第１超音波測定器とチャックテーブルとの間及び第２超音波測定器と被加工物の被研削面との間には、水が満たされながら第１及び第２研削工程が実施される。

本発明の研削方法では、被加工物の厚さを測定する手段として、超音波測定器を用いて被加工物の被研削面の上面高さ位置を測定しながら、被加工物を目標仕上げ厚さまで研削するので、被加工物の被研削面に傷が残ることがない。

また、所定の厚さまでは、被加工物の実厚を測定しながら研削し、被加工物の目標仕上げ厚さまでは、チャックテーブルの上面高さ位置と被加工物の被研削面の上面高さ位置を測定しながら研削加工するので、比較的安価な超音波測定器を用いて被加工物を目標仕上げ厚みまで研削することができる。

更に、被加工物の表面に保護部材が貼着されていても、被加工物の実厚を測定しながらの研削中に保護部材は研削圧力により押圧されるため、保護部材の厚さばらつきが解消され、被加工物を目標仕上げ厚さまで精度よく研削することができる。

本発明の研削方法を実施可能な研削装置の斜視図である。 シリコンウェーハの表面側斜視図である。 表面に保護テープが貼着された状態のシリコンウェーハの裏面側斜視図である。 第１及び第２研削工程を説明する斜視図である。 第１研削工程を説明する一部断面側面図である。 第１研削工程中の第１及び第２超音波測定器の波形図を示す図である。 第２研削工程を説明する一部断面側面図である。 第２研削工程中の第１及び第２超音波測定器の波形図を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置２の外観斜視図が示されている。４は研削装置２のベースであり、ベース４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に伸びる一対のガイドレール８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って研削ユニット（研削手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研削ユニット１０は、スピンドルハウジング１２と、スピンドルハウジング１２を保持する支持部１４を有しており、支持部１４が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１６に取り付けられている。

研削ユニット１０は、スピンドルハウジング１２中に回転可能に収容されたスピンドル１８と、スピンドル１８を回転駆動するモータ２０と、スピンドル１８の先端に固定されたホイールマウント２２と、ホイールマウント２２に着脱可能に装着された研削ホイール２４とを含んでいる。

研削装置２は、研削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ３０とパルスモータ３２とから構成される研削ユニット送り機構３４を備えている。パルスモータ３２を駆動すると、ボールねじ３０が回転し、移動基台１６が上下方向に移動される。

ベース４の上面には凹部４ａが形成されており、この凹部４ａにチャックテーブル機構３６が配設されている。チャックテーブル機構３６はチャックテーブル３８を有し、図示しない移動機構によりウェーハ着脱位置Ａと、研削ユニット１０に対向する研削位置Ｂとの間でＹ軸方向に移動される。４０，４２は蛇腹である。ベース４の前方側には、研削装置２のオペレータが研削条件等を入力する操作パネル４４が配設されている。

図２を参照すると、半導体ウェーハ１１は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウェーハからなっており、表面１１ａに複数のストリート(分割予定ライン)１３が格子状に形成されているとともに、複数のストリート１３によって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

このように構成された半導体ウェーハ１１は、デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を備えている。また、半導体ウェーハ１１の外周にはシリコンウェーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ２１が形成されている。

ウェーハ１１の裏面１１ｂの研削に先立って、ウェーハ１１の表面１１ａには、保護テープ貼着工程により保護テープ２３が貼着される。保護テープ２３は、ポリエチレン塩化ビニル、ポリオレフィン等の基材の表面に糊層を配設して構成されている。保護テープ２３に代わって、他の保護部材をウェーハ１１の表面１１ａに貼着するようにしてもよい。

本発明の研削方法が適用される被加工物は、シリコンウェーハに限定されるものではなく、表面に保護部材が貼着された光デバイスウェーハ等の他の板状被加工物にも、本発明の研削方法は適用可能である。

本発明の研削方法では、ウェーハ着脱位置Ａに位置づけられたチャックテーブル３８でウェーハ１１の保護テープ２３側を吸引保持し、ウェーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。そして、図示しない移動機構によりチャックテーブル３８をＹ軸方向に移動して、ウェーハ１１が研削ホイール２４に対向する図４に示す研削位置に位置づける。

図４において、研削ユニット１０のスピンドル１８の先端に固定されたホイールマウント２２には複数のねじ３１により研削ホイール２４が着脱可能に装着されている。研削ホイール２４は、ホイール基台２６の自由端部（下端部）に複数の研削砥石２８を環状に固着して構成されている。

図５に示すように、超音波測定手段４８は、チャックテーブル３８の枠体の上面３８ａの高さ位置を測定する第１超音波測定器５０と、ウェーハ１１の厚さを測定する第２超音波測定器５４とを含んでいる。

第１及び第２超音波測定器５０，５４は周波数２０ＭＨｚの超音波を発振する比較的安価な超音波測定器であり、２００μｍ以上の厚さを有するウェーハ等の板状被加工物の厚さを正確に測定できる。

好ましくは、第１超音波測定器５０とチャックテーブル３８の上面３８ａとの間の距離及び第２超音波測定器５４とウェーハ１１の上面（裏面）１１ｂとの間の距離は２〜３ｍｍ程度に設定する。

第１超音波測定器５０の先端部には円筒部材５２が配設され、第２超音波測定器５４の先端部には円筒部材５６が配設されている。第１超音波測定器５０によるチャックテーブル３８の上面３８ａの高さ位置の測定中には円筒部材５２中に純水が供給され、超音波測定器５０から発振された超音波は純水中を伝播する。

同様に、第２超音波測定器５４によるウェーハ１１の上面（裏面）１１ｂの高さ位置の測定中には、円筒部材５６中に純水が供給され、第２超音波測定器５４から発振された超音波は純水中を伝播してウェーハ１１に到達する。

第１研削工程では、図４に示すように、チャックテーブル３８を矢印ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２４を矢印ｂで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させると共に、研削ユニット送り機構３４を駆動して研削ホイール２４の研削砥石２８をウェーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール２４を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。図５に示すように、非接触式の超音波測定手段４８でウェーハ１１の厚さを測定しながら、ウェーハ１１を所定の厚さ、即ち第２超音波測定器５４の有効測定範囲である２００μｍまで研削する。

この第１研削工程では、第２超音波測定器５４のみを使用してウェーハ１１の実厚を測定しながら研削を遂行する。即ち、第２超音波測定器５４から発振された超音波がウェーハ１１の上面（裏面）１１ｂで反射した反射波を受信するまでの伝播時間と、ウェーハ１１の下面（表面）１１ａで反射した反射波を受信するまでの伝播時間との差からウェーハ１１の厚みを算出する。

図６を参照すると、第１研削工程での超音波測定手段４８の波形図が示されている。６４は第１超音波測定器５０の波形図であり、６６はウェーハ１１の上面で反射された第２超音波測定器５４の反射波の波形を示しており、６８はウェーハ１１の下面で反射された反射波の波形を示している。

ウェーハ１１の下面１１ａの反射波の到達時間はウェーハ１１の上面１１ｂからの反射波の到達時間から遅延して第２超音波測定器５４で受信される。第１超音波測定器５０の波形６４及び第２超音波測定器５４の上面の反射波の波形６６及び下面の反射波の波形６８は超音波測定手段４８に接続された波形検出部５８で検出される。

波形検出部５８で検出された第２超音波測定器５４のウェーハ１１の上面（裏面）１１ｂで反射した反射波を受信するまでの伝播時間と、ウェーハ１１の下面（表面）１１ａで反射した反射波を受信するまでの伝播時間との差から、厚み算出部６０でウェーハ１１の厚み（実厚）を算出しながら第１研削工程を遂行する。

第１研削工程では、第１超音波測定器５０のチャックテーブル３８の上面３８ａの反射波も受信しているが、この反射波はウェーハ１１の実厚の測定には利用されることがない。

図６の波形図で、矢印７０はウェーハ１１の上面の反射波を受信するまでの時間とウェーハ１１の下面の反射波を受信するまでの時間差を示しており、時間差をｔ、ウェーハ１１での音速をｖとすると、厚み算出部６０でウェーハ１１の厚みは、ｖｔ／２で算出することができる。

この第１研削工程を実施すると、保護テープ２３は研削圧力により上方から押圧されるため、保護テープ２３の厚みのばらつきが解消されて、保護テープ２３は一様な厚みとなる。

従って、第１研削工程の終了時に、第１超音波測定器５０によって測定したチャックテーブル３８の上面３８ａの高さ位置と、第２超音波測定器５４によって測定したウェーハ１１の上面１１ｂの高さ位置との差から求められるウェーハ１１＋保護テープ２３の総厚と、第２超音波測定器５４によって測定したウェーハ１１の実厚との差から保護テープ２３の厚さを測定する。

厚み算出部６０で算出したウェーハ１１の厚みが所定の厚み、本実施形態では２００μｍになると、厚み算出部６０から制御手段６２に信号を送り、制御手段６２は研削ユニット送り機構３４のパルスモータ３２の回転を停止させ、第１研削工程を終了する。

保護テープ２３の厚さ算出工程実施後、ウェーハ１１を目標仕上げ厚さまで研削する第２研削工程を実施する。この第２研削工程では、図７に示すように、第１超音波測定器５０で測定したチャックテーブル３８の上面３８ａの高さ位置と、第２超音波測定器５４で測定したウェーハ１１の上面（裏面）１１ｂの高さ位置との差と、保護テープ２３の厚さから、厚み算出部６０でウェーハ１１の厚みを算出し、ウェーハ１１を目標仕上げ厚み、例えば５０μｍまで研削する。

図８を参照すると、第２研削工程での第１超音波測定器５０及び第２超音波測定器５４の波形図が示されている。６６は第２超音波測定器５４から発振された超音波のウェーハ１１の上面（裏面）１１ｂでの反射波を示しており、ウェーハ１１の研削の進行につれて、反射波を受信するまでの伝播時間が遅れていくことを示している。

本実施形態で第１超音波測定器５０の先端に取り付けられた円筒５２及び第２超音波測定器５４の先端に取り付けられた円筒５６中に純水を満たしながら測定を実施しているのは、ウェーハ１１の研削は研削水を供給しながら実施するため研削水中に研削屑が混入し、この研削屑の混入した研削水を円筒部材５２，５６中に供給する純水で排除しながら厚さの測定を実施するためである。

上述した実施形態では、２０ＭＨｚの超音波を発振する比較的安価な超音波発振器を利用して、ウェーハ１１の厚みを非接触で測定しながらウェーハ１１を第１研削工程及び第２研削工程により目標仕上げ厚みまで研削するので、被加工物の研削面に傷をつけることなく、更に被加工物の種類によらず被加工物の実厚を測定しながら第１研削工程を実施することができる。

上述した実施形態では、表面に保護部材が貼着された被加工物の研削方法について説明したが、本発明の研削方法はこれに限定されるものではなく、表面に保護部材が貼着されていない被加工物に対しても同様に適用することができる。

１０ 研削ユニット
１１ 半導体ウェーハ
２３ 保護テープ
２４ 研削ホイール
２８ 研削砥石
３８ チャックテーブル
４８ 超音波測定手段
５０ 第１超音波測定器
５２，５６ 円筒部材
５４ 第２超音波測定器
５８ 波形検出部
６０ 厚み算出部

Claims (2)

1. 表面に保護部材が貼着された被加工物を該保護部材を介して保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物の裏面を研削する研削手段と、被加工物の厚さを測定する超音波測定手段と、を備えた研削装置を用いて被加工物の裏面を研削して被加工物を所定の厚さに薄化する被加工物の研削方法であって、
   該超音波測定手段は、該チャックテーブルの上面に対向して配置され、該チャックテーブルの上面高さ位置を測定する第１超音波測定器と、
   チャックテーブルに保持された被加工物の上面に対向して配置され、発振された超音波が被加工物の上面で反射した反射波を受信するまでの伝播時間と、被加工物の下面で反射した反射波を受信するまでの伝播時間との差から被加工物の実厚を測定する第２超音波測定器と、を含み、
   該被加工物の研削方法は、該第２超音波測定器のみによって被加工物の実厚を測定しながら、所定の厚さまで被加工物の裏面を研削する第１研削工程と、
   該第１研削工程終了時に、該第１超音波測定器によって測定したチャックテーブルの上面高さ位置と該第２超音波測定器によって測定した被加工物の上面高さ位置との差から求められる総厚と、該第２超音波測定器によって測定した被加工物の実厚との差から保護部材の厚さを算出する保護部材厚さ算出工程と、
   該保護部材厚さ算出工程実施後、該第２超音波測定器で測定した被加工物の上面高さ位置と該第１超音波測定器で測定したチャックテーブルの上面高さ位置との差と該保護部材の厚さから研削中の被加工物の厚さを算出し、被加工物を目標仕上げ厚さまで研削する第２研削工程と、
   を備えたことを特徴とする被加工物の研削方法。
2. 前記第１超音波測定器と該チャックテーブルとの間及び前記第２超音波測定器と被加工物の裏面との間は水で満たされている請求項１記載の被加工物の研削方法。