JP6649135B2

JP6649135B2 - ウェハ加工装置及びウェハ加工方法

Info

Publication number: JP6649135B2
Application number: JP2016046812A
Authority: JP
Inventors: 佑樹前田
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: JP2017163018A

Description

本発明は、ウェハ加工装置及びウェハ加工方法に関し、特に、表面に回路パターンが形成されたウェハの裏面を研削又は研磨するウェハ加工装置及びウェハ加工方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスでは、デバイスの目標厚さを得るために、多数のデバイスの集合体であるシリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」と称す）の裏面を研削して、ウェハを薄膜に形成することが行われている。また、研削加工後には、ウェハの裏面を更に研磨することにより歪みを取り除くことも行われている。

このようなウェハの研削加工及び研磨加工では、回路パターンが形成されたウェハの表面に保護テープを貼り付けて保護し、その表面側がチャックテーブルに保持され、厚みを測定しながら加工が進められる。

特許文献１には、接触式の厚み測定器と非接触式の厚み測定器とを併用する半導体ウェハ加工装置が開示されている。この装置は、接触式厚み測定器の測定値と非接触式厚み測定器の測定値とを比較して、各測定値のずれが所定の許容範囲内に収まっている場合には、非接触式の厚み測定器で測定を行い、各測定値のずれが所定の許容範囲外にある場合には、接触式の厚み測定器で測定を行うものである。

特開２０１４−１０３２１５号公報

ところで、回路パターンと保護テープとの間にバンプが介在するウェハ（以下、「バンプウェハ」と称す）や凹凸が大きい保護テープを用いたウェハ等では、加工後にウェハの厚みが大きくばらつくことがある。

加工後の厚みばらつきについて、バンプウェハを例に具体的に説明する。図６（ａ）に示すように、研削前のバンプウェハ９０は、半球状のバンプ９１が回路パターン９２と保護テープ９３との間に隙間を空けて並設されている。このようなバンプウェハ９０に砥石が押し付けられて加工が進行すると、図６（ｂ）に示すように、バンプ９１の形状に沿って回路パターン９２が湾曲する。したがって、ウェハ９０の裏面９０ａから回路パターン９２までの距離は、バンプ９１の頂点付近が一番短く、バンプ９１の頂点から離れるにしたがって長くなり、厚みにばらつきが生じる。そのため、ウェハ９０の目標厚みをウェハ９０の裏面９０ａから回路パターン９２までの最も長い距離以下に設定してしまうと、図６（ｃ）に示すように、バンプ９１の頂点付近の回路パターン９２が損傷する虞があった。

したがって、上述したような特許文献１記載のウェハ加工装置では、加工前にバンプの大きさや保護テープの凹凸の程度を予め測定しなければ、ウェハの目標厚みを定めることができないという問題があった。

そこで、バンプの形状や保護テープの凹凸の大きさ等の事前測定を要することなく、回路パターンを損傷させずにウェハの研削加工又は研磨加工を行うという解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は、この課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、表面に回路パターンが形成されたウェハの裏面を研削又は研磨するウェハ加工装置であって、前記ウェハの周方向に沿って、前記ウェハの裏面から前記回路パターンまでの厚みを断続的に測定する測定手段と、前記ウェハの厚み測定値から、該厚み測定値の最大値及び最小値の平均値である平均厚み並びに前記厚み測定値の最大値及び最小値の差である厚みばらつきを算出する演算手段と、前記平均厚みが前記厚みばらつきに１／２を乗じた閾値に達したか否かを判定する判定手段と、前記平均厚みが前記閾値以下に達した場合には研削加工又は研磨加工を終了する制御手段と、を備えているウェハ加工装置を提供する。

この構成によれば、ウェハの加工中に測定された厚み測定値を平均して得られる平均厚みが厚みばらつきに基づいて設定される閾値以下に達すると、ウェハの研削加工又は研磨加工が終了するため、バンプの形状や保護テープの凹凸を加工開始前に予め測定することなく、回路パターンを損傷させずにウェハの研削加工又は研磨加工を行うことができる。さらに、閾値が厚みばらつきに１／２を乗じた数値に設定されることにより、平均厚みが、厚み測定値の最小値と最大値との平均値に一致する程度に研削が十分に進み、この平均厚みが厚みばらつき（厚み測定値の最大値と最小値との差）と等しくなるとき、すなわち、厚み測定値の最小値が０となるときに加工が終了するため、回路パターンの損傷をさらに抑制してウェハを高品位に加工することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記平均厚みは、前記測定手段が測定した直近の所定回数分の厚み測定値の平均値であるウェハ加工装置を提供する。

この構成によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、平均厚みが直近の所定回数分の厚み測定値を平均して算出されることにより、加工中に測定した直近のウェハの厚み測定値をリアルタイムに平均厚みに反映可能なため、回路パターンの損傷をさらに抑制してウェハを高品位に加工することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明の構成に加えて、前記厚みばらつきは、前記測定手段が測定した直近の所定回数分の厚み測定値の最大値及び最小値の差であるウェハ加工装置を提供する。

この構成によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、厚みばらつきが直近の所定回数分の厚み測定値の最大値及び最小値から算出されることにより、加工中に測定した直近のウェハの厚み測定値をリアルタイムに厚みばらつきに反映可能なため、回路パターンの損傷をさらに抑制してウェハを高品位に加工することができる。

請求項４記載の発明は、表面に回路パターンが形成されたウェハの裏面を研削又は研磨するウェハ加工方法であって、前記ウェハの周方向に沿って、前記ウェハの裏面から前記回路パターンまでの厚みを断続的に測定する工程と、前記ウェハの厚み測定値から、該厚み測定値の最大値及び最小値の平均値である平均厚み並びに前記厚み測定値の最大値及び最小値の差である厚みばらつきを算出する工程と、前記平均厚みが前記厚みばらつきに１／２を乗じた閾値以下に達したか否かを判定する工程と、前記平均厚みが前記閾値以下に達した場合には研削加工又は研磨加工を終了する工程と、を含むウェハ加工方法を提供する。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明の構成に加えて、前記平均厚みが前記厚みばらつきに所定値を乗じた閾値以下に達したか否かを判定する工程の前に、前記厚み測定
値の平均値が前記ウェハの目標厚みに達しているか判定する工程と、前記平均厚みが前記目標厚みに達した場合には研削加工又は研磨加工を終了する工程と、を含むウェハ加工方法を提供する。

この構成によれば、平均厚みが目標厚みに達する場合には、平均厚みと閾値との比較を行うことなく、ウェハの研削加工又は研磨加工が終了するため、バンプの形状や保護テープの凹凸を加工開始前に予め測定することなく、回路パターンを損傷させずにウェハの研削加工又は研磨加工を行うことができる。

本発明は、ウェハの平均厚みが厚みばらつきに基づいて設定される閾値以下に達するまで加工が継続され、平均厚みが閾値以下に達すると加工が終了するため、バンプの形状や保護テープの凹凸を加工開始前に予め測定することなく、回路パターンを損傷させずにウェハの研削加工又は研磨加工を行うことができる。

本発明の一実施例に係るウェハ研削装置を示す斜視図。図１の要部を示す一部切り欠き側面図。ウェハ研削装置を用いてウェハを研削する手順を示すフローチャート。バンプウェハの構造を模式的に示す断面図。ウェハ加工時の厚みデータを示すグラフ。従来のウェハ研削方法の手順を示す図。

本発明に係るウェハ加工装置は、バンプの形状や保護テープの凹凸の大きさ等の事前測定を要することなく、回路パターンを損傷させずにウェハの研削加工又は研磨加工を行うという目的を達成するために、表面に回路パターンが形成されたウェハの裏面を研削又は研磨するウェハ加工装置であって、ウェハの周方向に沿って、ウェハの裏面から回路パターンまでの厚みを断続的に測定する測定手段と、ウェハの厚み測定値から、厚み測定値の平均値である平均厚み及び厚み測定値のばらつきである厚みばらつきを算出する演算手段と、平均厚みが厚みばらつきに所定値を乗じた閾値に達したか否かを判定する判定手段と、平均厚みが閾値以下に達した場合には研削加工又は研磨加工を終了する制御手段と、を備えていることにより実現する。

また、本発明に係るウェハ加工方法は、表面に回路パターンが形成されたウェハの裏面を研削又は研磨するウェハ加工方法であって、前記ウェハの周方向に沿って、前記ウェハの裏面から前記回路パターンまでの厚みを断続的に測定する工程と、前記ウェハの厚み測定値から、該厚み測定値の平均値である平均厚み及び前記厚み測定値のばらつきである厚みばらつきを算出する工程と、前記平均厚みが前記厚みばらつきに所定値を乗じた閾値以下に達したか否かを判定する工程と、前記平均厚みが前記閾値以下に達した場合には研削加工又は研磨加工を終了する工程と、を含むことにより実現する。

以下、本発明の一実施例に係るウェハ加工装置１について、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。なお、本実施例において、「上」、「下」の語は、垂直方向における上方、下方に対応するものとする。

図１は、ウェハ加工装置１の基本的構成を示す斜視図である。図２は、ウェハ加工装置１の要部を示す一部切り欠き部側面図である。ウェハ加工装置１は、回路パターンが形成されたウェハＷの裏面側を研削して、ウェハＷを薄膜に形成するものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。ウェハ加工装置１は、例えば、初期厚さ１００μｍのウェハＷを３μｍに研削する。ウェハ加工装置１は、インデックステーブル１０と、ウェハチャック２０と、粗研削装置３０と、精研削装置４０と、を備えている。

インデックステーブル１０は、図示しないモータよって回転方向Ｃ１に沿って回動可能である。

ウェハチャック２０は、インデックステーブル１０上に４つ設けられている。ウェハチャック２０は、回路パターンが形成されたウェハＷの表面側を吸着保持する。各ウェハチャック２０は、インデックステーブル１０の回転軸を中心として同心円状で、且つ互いに９０度離間して配置されている。ウェハチャック２０は、モータ２１によって回転方向Ｃ２に沿って回転可能である。

粗研削装置３０は、粗研削砥石３１と、第１のスピンドル３２と、第１のスピンドル送り機構３３と、を備えている。粗研削砥石３１は、第１のスピンドル３２の先端に水平に取り付けられている。第１のスピンドル３２は、図示しないモータによって回転方向Ｃ３に沿って粗研削砥石３１を回転させる。第１のスピンドル送り機構３３は、第１のスピンドル３２を公知のリニアガイドやボールネジスライダ等で垂直方向に昇降させる。

精研削装置４０は、精研削砥石４１と、第２のスピンドル４２と、第２のスピンドル送り機構４３と、を備えている。精研削砥石４１は、第２のスピンドル４２の先端に水平に取り付けられている。第２のスピンドル４２は、図示しないモータによって回転方向Ｃ４に沿って精研削砥石４１を回転させる。第２のスピンドル送り機構４３は、第２のスピンドル４２を公知のリニアガイドやボールネジスライダ等で垂直方向に昇降させる。

ウェハ加工装置１は、ウェハＷの厚みを測定する非接触式の厚みセンサ５０が設けられている。厚みセンサ５０は、ウェハＷの表面及び裏面で反射したレーザ光の干渉波を検出してウェハＷの厚みを測定する公知の非接触式センサであり、例えば、インコンタクトプロセスゲージ（ＮＣＩＧ）等である。厚みセンサ５０は、ウェハＷの周方向に沿って断続的にウェハＷの厚みを測定する。

ウェハ加工装置１の動作は、制御装置６０によって制御される。制御装置６０は、ウェハ加工装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御装置６０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置６０の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作することにより実現されても良い。

制御装置６０は、記憶部６１と、演算部６２と、判定部６３と、制御部６４と、を備えている。記憶部６１には、厚みセンサ５０が測定したウェハＷの厚みに関する測定データが記憶される。制御装置６０の具体的な作用については後述する。

ウェハ加工装置１では、インフィード研削が実施されるようになっている。すなわち、ウェハチャック２０及び粗研削砥石３１をそれぞれ回転させながら、粗研削砥石３１をウェハＷに押し付けることで粗研削加工を行い、ウェハチャック２０及び精研削砥石４１をそれぞれ回転させながら、精研削砥石４１をウェハＷに押し付けることで精研削加工を行う。なお、インフィード速度は任意に変更可能であり、加工の進捗に応じて調整することができる。

また、ウェハＷの粗研削加工が終了すると、インデックステーブル１０が９０度回転して、精研削砥石４１の下方に配置されることにより、ウェハ加工装置１は、ウェハＷについて粗研削、精研削をこの順で効率的に行う。

次に、ウェハ加工装置１を用いて回路パターンと保護テープとの間にバンプが介在するウェハＷを研削する手順について、図面に基づいて説明する。なお、以下では、精研削装置４０を用いて精研削加工を行う場合について説明するが、粗研削装置３０についても同様に適用可能である。図３は、ウェハ研削装置１を用いてウェハＷを研削する手順を示すフローチャートである。図４は、バンプウェハの構造を模式的に示す断面図である。なお、図４は、説明の都合上、ハッチングを省略している。図５（ａ）は、ウェハ加工時の厚みデータを示すグラフであり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ部拡大図である。

まず、精研削装置４０がウェハＷの精研削加工を開始する（Ｓ１）。具体的には、ウェハＷが精研削砥石４１の下方に位置決めされ、ウェハチャック２０と精研削砥石４１とがそれぞれ回転した状態で、第２のスピンドル送り装置４３が精研削砥石４１を下方に送ることにより、精研削砥石４１がウェハＷの裏面Ｗａを研削する。加工条件は、例えば、ウェハチャック２０の回転数が２００ｒｐｍ、精研削砥石４１の番手が＃６０００、第２のスピンドル４２の回転数が２４００ｒｐｍ、インフィード速度が０．５μｍ／ｓに設定される。

次に、厚みセンサ５０でウェハＷの厚みを測定する（Ｓ２）。具体的には、厚みセンサ５０は、ウェハチャック２０に対して固定されており、所定の測定箇所を通過するウェハＷの厚みを断続的に測定する。厚みセンサ５０のサンプリングタイムは、例えば、３ｍｓに設定される。

ウェハＷの内部構造は、研削の進行に応じて変化するものであり、研削開始直後には、図４（ａ）に示すように、回路パターン７０と保護テープ７１とは平行であり、厚みセンサ５０が測定するウェハＷの厚み、すなわちウェハＷの裏面Ｗａから回路パターン７０までの厚みｔは、測定箇所によらず略一定である。

研削が開始して暫く経った後には、図４（ｂ）に示すように、ウェハＷが精研削砥石４１に押圧され、回路パターン７０がバンプ７２の形状に応じて湾曲し、ウェハＷの厚みが局所的にばらつく。図４（ｂ）において、ウェハＷの厚みの最小値ｔ１は、ウェハＷの裏面Ｗａからバンプ７２に沿って湾曲した回路パターンの頂点までの距離であり、最大値ｔ２は、ウェハＷの裏面Ｗａから保護テープ７１に沿って水平な回路パターンまでの距離である。

このようにして、最小値ｔ１と最大値ｔ２との差は、バンプ７２の大きさｔ３に一致する。厚みセンサ５０が測定した厚み測定値は、記憶部６１に記憶される。研削開始から研削終了までの厚み測定値のグラフとその一部拡大図を図５に示す。

次に、演算部６２が厚み測定値に基づいて、ウェハＷの平均厚みｔａｖｅを算出する（Ｓ３）。平均厚みｔａｖｅは、数式１に示すように、直近の所定回数分（例えば、直近３０個）の厚み測定値を平均して算出される。

次に、判定部６３は、工程Ｓ３で算出された平均厚みｔａｖｅが予め設定された目標厚みｔｅ（例えば、３μｍ）に達したか否かを判定する（Ｓ４）。

平均厚みｔａｖｅが予め設定された目標厚みｔｅに達している場合には（Ｓ４のＹｅｓ）、第２のスピンドル送り装置４３が精研削砥石４１を上方に送り、ウェハＷと精研削砥石４１とを離間させ、精研削砥石４１によるウェハＷの研削を終了させる（Ｓ５）。

平均厚みｔａｖｅが予め設定された目標厚みｔｅに達していない場合には（Ｓ４のＮｏ）、演算部６２が厚み測定値に基づいて、ウェハＷの厚み測定値のばらつきである厚みばらつきｔｚを算出する（Ｓ６）。厚みばらつきｔｚは、数式２に示すように、直近の所定回数分（例えば、直近３０個）の厚み測定値の最小値と最大値との差である。

図５に示すように、研削加工が進行してウェハＷが薄くなるにしたがって、ウェハＷの厚みに占めるバンプ７２の大きさｔ３が相対的に大きくなるため、厚みばらつきｔｚは、研削加工が進行するにつれて増大する傾向にある。

次に、判定部６３は、工程Ｓ３で算出された平均厚みｔａｖｅが工程Ｓ６で算出された厚みばらつきｔｚに所定値を乗じた閾値に達したか否かを判定する（Ｓ７）。「所定値」は、厚み測定値のばらつきや誤差等を考慮して１／２以下の任意の数値に設定されることが考えられる。

平均厚みｔａｖｅが閾値に達している場合には（Ｓ７のＹｅｓ）、工程Ｓ５に進み、精研削砥石４１によるウェハＷの研削を終了させる。例えば、閾値を厚みばらつきｔｚに１／２を乗じた数値（ｔｚ／２）に設定すると、平均厚みｔａｖｅがｔｚ／２に達した時点、すなわち厚み測定値の最小値ｔ１が０に達した時点で研削を終了させる。これは、研削が十分に進んだ状態では、平均厚みｔａｖｅが、最小値ｔ１と最大値ｔ２との平均値（（ｔ１＋ｔ２）／２）とみなすことができ、また、厚みばらつきｔｚが、最大値ｔ２と最小値ｔ１との差（（ｔ２−ｔ１）／２）になることから、平均厚みｔａｖｅがｔｚ／２に等しいときは、最小値ｔ１＝０となることを意味する。なお、所定値は、１／２に限定されるものではない。

平均厚みｔａｖｅが閾値に達していない場合には（Ｓ７のＮｏ）、工程Ｓ２に戻り、精研削砥石４１によるウェハＷの研削を継続する。

このようにして、ウェハ加工装置１は、ウェハＷの平均厚みｔａｖｅが厚みばらつきｔｚに基づいて設定される閾値以下に達するまで加工が継続され、平均厚みｔａｖｅが閾値以下に達すると加工が終了するため、バンプ７２の形状や保護テープの凹凸を加工開始前に予め測定することなく、回路パターン７０を損傷させずにウェハＷの研削加工又は研磨加工を行うことができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

例えば、平均厚みは、実測された厚み測定値のみを平均して算出されたものに限定されるものではなく、実測値された厚み測定値に基づいて予測された数値であっても構わない。

また、本発明において、平均厚みｔａｖｅと目標厚みｔｅとを比較する工程Ｓ３〜Ｓ４は適宜省略しても構わない。

また、本発明は、凹凸の大きい保護テープが回路パターン上に貼着されたウェハについても同様に適用可能である。

１・・・ウェハ加工装置
１０・・・インデックステーブル
２０・・・ウェハチャック
３０・・・粗研削装置
３１・・・粗研削砥石
３２・・・第１のスピンドル
３３・・・第１のスピンドル送り機構
４０・・・精研削装置
４１・・・精研削砥石
４２・・・第２のスピンドル
４３・・・第２のスピンドル送り機構
５０・・・厚みセンサ（測定手段）
６０・・・制御装置
６１・・・記憶部
６２・・・演算部（演算手段）
６３・・・判定部（判定手段）
６４・・・制御部（制御手段）
Ｗ・・・ウェハ

Claims

表面に回路パターンが形成されたウェハの裏面を研削又は研磨するウェハ加工装置であって、
前記ウェハの周方向に沿って、前記ウェハの裏面から前記回路パターンまでの厚みを断続的に測定する測定手段と、
前記ウェハの厚み測定値から、該厚み測定値の最大値及び最小値の平均値である平均厚み並びに前記厚み測定値の最大値及び最小値の差である厚みばらつきを算出する演算手段と、
前記平均厚みが前記厚みばらつきに１／２を乗じた閾値に達したか否かを判定する判定手段と、
前記平均厚みが前記閾値以下に達した場合には研削加工又は研磨加工を終了する制御手段と、
を備えていることを特徴とするウェハ加工装置。
前記平均厚みは、前記測定手段が測定した直近の所定回数分の厚み測定値の平均値であることを特徴とする請求項１記載のウェハ加工装置。
前記厚みばらつきは、前記測定手段が測定した直近の所定回数分の厚み測定値の最大値及び最小値の差であることを特徴とする請求項１又は２記載のウェハ加工装置。
表面に回路パターンが形成されたウェハの裏面を研削又は研磨するウェハ加工方法であって、
前記ウェハの周方向に沿って、前記ウェハの裏面から前記回路パターンまでの厚みを断続的に測定する工程と、
前記ウェハの厚み測定値から、該厚み測定値の最大値及び最小値の平均値である平均厚み並びに前記厚み測定値の最大値及び最小値の差である厚みばらつきを算出する工程と、
前記平均厚みが前記厚みばらつきに１／２を乗じた閾値以下に達したか否かを判定する工程と、
前記平均厚みが前記閾値以下に達した場合には研削加工又は研磨加工を終了する工程と、
を含むことを特徴とするウェハ加工方法。
前記平均厚みが前記厚みばらつきに所定値を乗じた閾値以下に達したか否かを判定する工程の前に、前記厚み測定値の平均値が前記ウェハの目標厚みに達しているか判定する工程と、
前記平均厚みが前記目標厚みに達した場合には研削加工又は研磨加工を終了する工程と、
を含むことを特徴とする請求項４記載のウェハ加工方法。