JP7068849B2

JP7068849B2 - 研削装置

Info

Publication number: JP7068849B2
Application number: JP2018027436A
Authority: JP
Inventors: 文雄間瀬
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2038-02-19
Also published as: JP2019141946A

Description

本発明は、ウェハを研削する研削装置に関するものである。

半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）の上面を研削して、ウェハを所望の形状に加工する研削装置が知られている。近年では、ウェハの薄膜化が進んだり、ウェハの表裏を貫通する貫通電極が形成される等して、ウェハを略均一な厚みに加工するニーズが高まっている。

また、薄いウェハを研削加工する場合に、ウェハの非研削面側に接着樹脂を介してサポート基板を貼り付けた状態で研削加工を行うことがある。しかしながら、サポート基板の厚みバラつきや接着樹脂の厚みムラが、研削加工後のウェハ形状に転写されてしまうため、サポート基板、接着樹脂の厚みの不均一性を考慮した上で、ウェハ厚みの枚様補正を行う必要がある。

ウェハ厚みを確認しながら研削加工を行う必要があるが、加工中はウェハの厚みが常に減少し続けるため、ウェハ上の厚み測定位置を変更すると、測定値の変化が削り代に起因するものかウェハ内の厚みばらつきに起因するものかが区別できなかった。

特許文献１記載の研削加工装置では、研削加工を途中まで行った後に下降を中断して、ウェハの形状を測定し、この測定された形状を所望の形状に補正するように研削を再開する。

また、特許文献２記載の表面研削装置では、ウェハの半半径方向に所定間隔をあけて配置された３つの非接触センサが、研削加工中のウェハの厚みを定点で測定することによりウェハの形状を測定する。

特開２００８－２６４９１３号公報特開平９－８５６１９号公報

しかしながら、特許文献１記載の装置では、ウェハの厚みを測定するに際して、砥石をウェハから離れるように退避させる必要があり、加工時間が長くなるとともに、加工の中断前後で加工位置の連続性が保てないという問題があった。

また、特許文献２記載の装置では、定点測定を行う非接触センサを３つ用意する必要があり、装置構成が複雑になるという問題があった。

そこで、研削加工を効率的に行えるとともに部品点数が少ないシンプルな構成でウェハ形状を測定するために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。

上記目的を達成するために、本発明に係る研削装置は、砥石でウェハの上面を研削する研削装置であって、前記ウェハの研削加工中に前記ウェハの厚みを定点測定する固定式測定手段と、前記ウェハの研削加工中に前記ウェハの厚みを前記ウェハの半径方向に移動しながら測定する移動式測定手段と、前記移動式測定手段の測定値から前記固定式測定手段の測定値を減じることにより、前記ウェハの形状を演算する制御装置と、を備えている。

この構成によれば、移動式測定手段及び固定式測定手段が研削加工中にウェハの厚みを測定し、移動式測定手段の測定値から固定式測定手段の測定値を減じることにより、移動式測定手段の測定値の厚みの変化量から研削の削り代に起因する厚みの変化量が取り除かれるため、加工を中断することなくウェハの形状を演算することができる。また、移動式測定手段及び固定式測定手段を用いてウェハの形状を演算するため、少ない部品点数で装置を構築することができる。

また、本発明に係る研削装置は、前記ウェハを回転可能に吸着保持する保持手段をさらに備え、前記移動式測定手段は、前記保持手段の回転角度に基づいて前記ウェハの周方向における１周分の厚みを測定することが好ましい。

この構成によれば、移動式測定手段は、ウェハの周方向において１周分の厚みを測定するため、ウェハの厚みを効率良く測定して、短時間でウェハの形状を演算することができる。

また、本発明に係る研削装置は、前記制御装置は、前記半径方向における前記移動式測定手段の測定座標及び前記周方向における前記移動式測定手段の測定値に基づいて前記ウェハの形状を演算することが好ましい。

この構成によれば、移動式測定手段の測定座標、すなわち半径方向座標及び周方向座標毎にウェハの厚みを算出するため、ウェハの形状を精度良く演算することができる。

また、本発明に係る研削装置は、前記ウェハの上面にクーラントを供給するクーラント供給手段を備え、前記固定式測定手段又は前記移動式測定手段は、前記ウェハの回転方向において前記砥石を挟んで前記クーラント供給手段の反対側に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、砥石を通過してスラッジを含むクーラントが、ウェハの回転に伴う遠心力で外側に飛散するため、固定式測定手段又は移動式測定手段は、ウェハの厚みを精度良く測定することができる。

また、本発明に係る研削装置は、前記移動式測定手段の測定範囲に圧縮空気を噴射するエア供給手段をさらに備えていることが好ましい。

この構成によれば、移動式測定手段の測定点に存在するクーラントが、エアブローで飛散するため、移動式測定手段は、ウェハの厚みを精度良く測定することができる。

本発明は、移動式測定手段及び固定式測定手段が研削加工中にウェハの厚みを測定し、移動式測定手段の測定値から固定式測定手段の測定値を減じることにより、移動式測定手段の測定値の厚みの変化量から研削の削り代に起因する厚みの変化量が取り除かれて、加工を中断することなくウェハの形状を演算することができる。また、移動式測定手段及び固定式測定手段を用いてウェハの形状を演算するため、少ない部品点数で装置を構築することができる。

本発明の一実施形態に係る研削装置を示す斜視図。研削装置を示す平面図。移動式厚み測定器の先端部分の内部構造を示す一部切欠側面図。移動式厚み測定器の搖動範囲を示す模式図。固定式厚み測定器の構造を示す模式図。移動式厚み測定器がウェハ厚みを測定する位置を示す側面図。ウェハ厚みの測定結果を示す図。ウェハ厚みの測定結果からウェハ形状を導く過程を説明する図。図７の測定結果に基づくウェハ形状を示す図。

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、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。

図１は、本発明の一実施形態に係る研削装置１を示す斜視図である。図２は、研磨装置を示す平面図である。研削装置１は、ウェハチャック２に吸着保持されたウェハＷの上面を研削して、ウェハＷを所望の形状に形成するものである。

研削装置１は、ウェハチャック２と、研削手段３と、を備えている。

ウェハチャック２は、ウェハチャック２の中央を通る回転軸ａ１を中心として回転方向Ｃ１に沿って回転可能に設けられている。なお、複数のウェハＷを連続して研削加工するために、研削装置１は、複数のウェハチャック２を備えている。複数のウェハチャック２は、インデックステーブル４の回転軸を中心に円周上で所定の間隔を空けてインデックステーブル４上に配置されている。なお、図２中の符号１０は、研削装置１を収容するケーシングである。

ウェハチャック２は、上面にアルミナ等の多孔質材料からなる吸着体２１が埋設されている。ウェハチャック２は、内部を通って吸着体２１の表面に延びる図示しない管路を備えている。管路は、図示しないロータリージョイントを介して真空源、圧縮空気源又は給水源に接続されている。真空源が起動すると、ウェハチャック２に載置されたウェハＷがウェハチャック２に吸着保持される。また、圧縮空気源又は給水源が起動すると、ウェハＷとウェハチャック２との吸着が解除される。

ウェハＷは、バッググラインドテープや、ガラス基板、シリコン基板等のサポート基板にマウントされた状態でウェハチャック２に吸着保持される。特に、ウェハＷが薄く、大口径化するにつれて、サポート基板が用いられることが多い。

研削手段３は、研削砥石３１と、研削砥石３１が取り付けられたスピンドル３２と、を備えている。

研削砥石３１は、スピンドル３２の先端に水平に取り付けられている。研削砥石３１がウェハＷに押し当てられることにより、ウェハＷが研削される。

スピンドル３２は、図示しないモータによって回転軸ａ２を中心として回転方向Ｃ２に沿って研削砥石３１を回転させる。スピンドル３２は、図示しないスピンドル送り機構に片持ち支持されており、スピンドル送り機構によって鉛直方向に昇降可能である。

ウェハチャック２には、回転軸ａ１を傾斜させるチルト機構５が設けられている。チルト機構５は、チルトテーブル５１と、固定支持部５２と、２つの可動支持部５３、５４と、を備えている。

チルトテーブル５１は、平面視で略三角形状に形成されている。チルトテーブル５１には、固定支持部５２及び可動支持部５３、５４が、回転軸ａ１を中心にして同心円上に等間隔を空けて配置されている。

固定支持部５２は、チルトテーブル５１をインデックステーブル４に締結するボルトである。

可動支持部５３、５４は、インデックステーブル４とチルトテーブル５１との間に介装されたボールネジを用いたスライド機構である。可動支持部５３、５４が、ボールネジの回転に応じてチルトテーブル５１をインデックステーブル４に対してそれぞれ遠近移動させることにより、回転軸ａ１が傾斜する。可動支持部５３は、固定支持部５２に対してウェハチャック２の回転方向Ｃ１の上流側に配置されている。可動支持部５４は、固定支持部５２に対してウェハチャック２の回転方向Ｃ１の下流側に配置されている。

研削装置１は、クーラント供給機構６を備えている。クーラント供給機構６は、ノズル６１の先端からウェハＷの上面に向けてクーラントを供給する。ノズル６１は、ウェハチャック２の回転方向Ｃ１において研削砥石３１の上流側に配置されている。

研削装置１は、移動式厚み測定器７と、固定式厚み測定器８と、を備えている。

移動式厚み測定器７は、ウェハＷ上の半径方向に移動しながらウェハ厚みを測定する。移動式厚み測定器７は、センサ７１と、センサ７１が先端に設けられたアーム７２と、を備えている。

センサ７１は、研削加工中に非接触式でウェハＷの厚みを測定する膜厚センサである。センサ７１は、例えば、分光干渉式の膜厚センサが好ましい。分光干渉式の膜厚センサは、振動等の外乱に強く、高精度でウェハＷの厚みを測定することができる。以下では、センサ７１として、分光干渉式の膜厚センサを採用した場合を例に説明する。

センサ７１の図示しないセンサヘッドが、センサヘッドからウェハＷに向けて光を照射し、またウェハＷの上面及び下面で反射した光が干渉した反射光を受光する。反射光は、分光器によって分光され、後述する制御装置９が、ウェハＷの上面で反射した光とウェハＷの下面で反射した光との光路差に基づいてウェハＷの厚みを算出する。

図３に示すように、センサ７１の光路上には、樹脂製の透光窓７３が設けられている。これにより、ウェハＷの上面に供給されたクーラントがセンサ７１の内部に侵入することが回避される。

また、センサ７１には、外部の圧縮空気源に接続されたエア供給口７４が設けられている。エア供給口７４から供給された圧縮空気は、エア排出口７５を介してウェハＷの上面に噴射される。これにより、センサ７１の測定範囲に存在するクーラントが、エアブローによって除去されるため、クーラントによる光の散乱が抑制され、ウェハＷの厚みを精度良く測定することができる。

アーム７２は、駆動軸７６を支点としてウェハＷの半径方向に搖動可能である。具体的には、図４に示すように、アーム７２は、センサ７１がウェハＷの外周縁から研削砥石３１に干渉しない位置までをスキャンできるように搖動可能である。

固定式厚み測定器８は、ウェハＷ上の半径方向の所定位置においてウェハ厚みを定点測定する。固定式厚み測定器８は、一対のセンサヘッド８１、８２を備えている。図５に示すように、センサヘッド８１は、ウェハＷの上面に接触可能に配置されており、センサヘッド８１の下端の高さを測定する。センサヘッド８２は、センサヘッド８１の外側に配置され、ウェハチャック２の上面に接触可能に設けられており、センサヘッド８２の下端の高さを測定する。センサヘッド８１、８２の各測定値の差が、ウェハＷの厚みとなる。

移動式厚み測定器７及び固定式厚み測定器８は、ウェハチャック２の回転方向Ｃ１において研削砥石３１の下流側に配置されている。これにより、研削砥石３１を通過してスラッジを含んだクーラントが、ウェハＷの回転に伴う遠心力でウェハＷの外側に飛散するため、移動式厚み測定器７及び固定式厚み測定器８は、スラッジ及びクーラントに阻害されることなく厚み測定を行うことができる。

研削装置１の動作は、制御装置９によって制御される。制御装置９は、研削装置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９は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御装置９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。

次に、研削装置１の動作について、直径３００ｍｍのウェハを例に説明する。

［加工準備］
まず、ウェハＷをウェハチャック２に吸着保持させ、研削砥石３１をウェハＷの近傍まで下降させる。次に、研削砥石３１及びウェハチャック２をそれぞれ回転させる。また、クーラントをウェハＷの上面に供給する。

センサヘッド８１の先端をウェハＷに着地させ、センサヘッド８２の先端をウェハチャック２に着地させる。センサヘッド８１は、ウェハＷの回転中心を原点とする半径（Ｒ）方向座標系においてＲ＝１４５ｍｍの位置に配置される。制御装置９には、研削加工開始前のセンサヘッド８１、８２の差、すなわちウェハＷの初期厚み（例えば、２２４μｍ）が記憶される。

アーム７２を搖動させて、センサ７１をＲ＝１４５ｍｍの位置（測定位置Ｐ１）に移動させる。また、圧縮空気の供給を開始してエア排出口７５からウェハＷの上面に向けてエアブローを開始する。

［研削加工］
スピンドル３２をウェハＷに当てた状態からさらに降下させ、研削砥石３１をウェハＷに押し付けることにより、ウェハＷを研削する。固定式厚み測定器８は、加工中に亘ってウェハＷの厚みを測定し続ける。

固定式厚み測定器８の測定値が、研削後の目標厚み（例えば、２０６μｍ）に達すると、制御装置９が、研削砥石３１とウェハチャック２を停止させ、研削砥石３１を上方に退避させることにより、研削加工を終える。

［形状演算］
研削加工中にウェハＷの形状を演算する手順について説明する。センサヘッド８１、８２の差が初期厚みから約５μｍ減少すると、センサ７１は、測定位置Ｐ１において、ウェハＷが１周回転するまでウェハＷの厚みを測定する。なお、センサ７１による測定の開始及び終了は、ウェハチャック２を回転させるモータの回転角度θと同期して制御される。

測定位置Ｐ１においてウェハＷの１周分の厚み測定が終了すると、制御装置９は、アーム７２を搖動させて、センサ７１をＲ＝１４０ｍｍの位置（測定位置Ｐ２）に移動させて、測定位置Ｐ１での測定と同様に、ウェハＷが１周回転するまでウェハＷの厚みを測定する。

以下、同様に、Ｒ＝１２０ｍｍの位置（測定位置Ｐ３）、Ｒ＝１１０ｍｍの位置（測定位置Ｐ４）、Ｒ＝８０ｍｍの位置（測定位置Ｐ５）、Ｒ＝６０ｍｍの位置（測定位置Ｐ６）、Ｒ＝４０ｍｍの位置（測定位置Ｐ７）、Ｒ＝２０ｍｍの位置（測定位置Ｐ８）においてウェハＷの厚み測定を行う。上述した測定位置Ｐ１～Ｐ８の位置関係を図６に示す。なお、センサ７１の測定位置の半径方向座標及び数は、上述した組み合わせに限定されず、他の組み合わせであっても構わない。

図７は、横軸を移動式厚み測定器７による測定を開始した時間を原点とした経過時間ｔ（ｍｓ）、左縦軸を移動式厚み測定器７及び固定式厚み測定器８の測定値Ｔ（μｍ）、右縦軸を移動式厚み測定器７の測定値と固定式厚み測定器８の測定値との差ΔＴ（μｍ）に設定したグラフである。図７中の連続した線（測定値Ｔ１）は、固定式厚み測定器８の測定値であり、測定値Ｔ１に沿う上側の不連続な線（測定値Ｔ２）は、移動式厚み測定器７の測定値である。なお、移動式厚み測定器７の測定値は、図７中の左から順にＰ１～Ｐ８に対応している。

測定値Ｔ１によれば、研削加工が進むにつれてウェハＷの厚みが徐々に薄くなることが分かる。また、測定値Ｔ２は、測定位置Ｐ１～Ｐ８におけるウェハＷの１周分の厚みを示している。そして、測定値Ｔ２から測定値Ｔ１を減じることにより、ウェハＷの形状を得ることができる。

測定位置Ｐ１を例に具体的に説明すると、図８に示すように、測定位置Ｐ１では、Ｒ＝１４５ｍｍの位置においてウェハＷが１周する間に測定地点が移動するため、測定値Ｔ２の変化が、研削加工による削り代に起因するものか、それともウェハＷ内の厚みバラつきに起因するものかが判別できない。

一方、固定式厚み測定器８は、ウェハＷの厚みを定点測定するため、測定値Ｔ１は、移動式厚み測定器７による測定を開始した時間から減少した厚みは、研削加工の削り代に対応する。

したがって、測定値Ｔ２から測定値Ｔ１から減じることにより、測定値Ｔ２の変化から研削加工による削り代の影響を除外できる。図７中の下側の不連続な線（Ｔ３）は、測定値Ｔ２から測定値Ｔ１を減じたものであり、図７中の左から順にＰ１～Ｐ８に対応している。

そして、制御装置９が、移動式厚み測定器７が厚み測定を行った測定点の座標（Ｒ、θ）における測定値Ｔ３に基づいてウェハＷの形状を演算する。図９に、図８中の測定値Ｔ３に基づいて演算したウェハＷの形状を示すコンター図を示す。なお、測定位置Ｐ１～Ｐ８の間及びＲ＜２０ｍｍの領域は、移動式厚み測定器７によるスキャンは行われないため、例えば予め取得しておいた別のウェハの形状を参照してウェハＷの形状を予測する。

これにより、本実施形態に係る研削装置１は、移動式厚み測定器７及び固定式厚み測定器８が研削加工中にウェハＷの厚みを測定し、移動式厚み測定器７の測定値Ｔ２から固定式厚み測定器８の測定値Ｔ１を減じることにより、移動式厚み測定器７の測定値Ｔ２の厚み変化から研削の削り代に起因する変化が取り除かれて、加工を中断することなくウェハＷの形状を演算することができる。また、移動式厚み測定器７及び固定式厚み測定器８を用いてウェハＷの形状を演算するため、少ない部品点数で装置を構築することができる。

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

１・・・研削装置
２・・・ウェハチャック
２１・・・吸着体
３・・・研削手段
３１・・・研削砥石
３２・・・スピンドル
４・・・インデックステーブル
５・・・チルト機構
５１・・・チルトテーブル
５２・・・固定支持部
５３、５４・・・可動支持部
６・・・クーラント供給機構
６１・・・ノズル
７・・・移動式厚み測定器
７１・・・センサ
７２・・・アーム
７３・・・透光窓
７４・・・エア供給口
７５・・・エア排出口
７６・・・駆動軸
８・・・固定式厚み測定器
８１、８２・・・センサヘッド
９・・・制御装置
Ｃ１・・・（ウェハチャックの）回転方向
Ｃ２・・・（研削砥石の）回転方向
Ｗ・・・ウェハ
ａ１・・・（ウェハチャックの）回転軸
ａ２・・・（研削砥石の）回転軸

Claims

砥石でウェハの上面を研削する研削装置であって、
前記ウェハの研削加工中に前記ウェハの厚みを定点測定する固定式測定手段と、
前記ウェハの研削加工中に前記ウェハの厚みを前記ウェハの半径方向に移動しながら測定する移動式測定手段と、
前記移動式測定手段の測定値から前記固定式測定手段の測定値を減じることにより、前記ウェハの形状を演算する制御装置と、
を備えていることを特徴とする研削装置。
前記ウェハを回転可能に吸着保持する保持手段をさらに備え、
前記移動式測定手段は、前記保持手段の回転角度に基づいて前記ウェハの周方向における１周分の厚みを測定することを特徴とする請求項１記載の研削装置。
前記制御装置は、前記半径方向における前記移動式測定手段の測定座標及び前記周方向における前記移動式測定手段の測定値に基づいて前記ウェハの形状を演算することを特徴とする請求項２記載の研削装置。
前記ウェハの上面にクーラントを供給するクーラント供給手段を備え、
前記固定式測定手段又は前記移動式測定手段は、前記ウェハの回転方向において前記砥石を挟んで前記クーラント供給手段の反対側に配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の研削装置。
前記移動式測定手段の測定範囲に圧縮空気を噴射するエア供給手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の研削装置。
前記制御装置は、前記移動式測定手段の測定値の厚み変化から、研削加工中の前記ウェハの削り代に対応する前記固定式測定手段の測定値の減少分を減じて、前記ウェハの形状を演算することを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の研削装置。