JP7088125B2 - 被覆物の厚さ測定方法及び研削方法 - Google Patents

被覆物の厚さ測定方法及び研削方法 Download PDF

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Description

本発明は、ウェーハ上に形成した被覆物の厚さ測定方法、及び、該厚さ測定方法を利用した研削方法に関する。
ウェーハの片面に樹脂やワックス等を塗布し、この樹脂等を長尺のフィルムを載置した平坦な定盤上で押圧、硬化させてウェーハ上に表面が平坦な被覆物を形成し、この被覆物の平坦な表面を基準面としてウェーハを研削することで、ウェーハのうねりや反りを除去する平面研削方法が知られている（特許文献１）。この研削方法では、研削後のウェーハを均一な厚さとするために、被覆物の厚さを計測することが必要であり、そのために光透過性のあるフィルムを使用することが一般的である。また、従来は、長尺のフィルムの縦方向（長手方向、ＭＤ：Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）と、ウェーハに形成されたノッチとウェーハの中心とを結ぶ直線とが９０°の角度を成すように、ウェーハを長尺のフィルム上に設置して被覆物を形成していた。そして、被覆物の厚さ測定は、ウェーハ及び被覆物へダメージを与えないように干渉式の光学センサを使用し、例えば、ウェーハ中心とノッチとを結ぶ直線やこの直線に直交する直線に沿って、直径方向に非接触計測していた。
特開２００９－１４８８６６号公報
しかしながら、本発明者は、長尺のフィルムの特定の方向に沿って被覆物の厚さの測定を行うと、測定値がばらつき、安定しない場合があるという問題点を見出した。特に、長尺のフィルムのＭＤ方向やＴＤ（Ｔｒａｎｓｅｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向に沿った方向で、被覆物厚さを安定して高い精度で計測することが困難であることがわかった。図７に、従来行っていた被覆物の厚さ測定の例を示す。図７の上図は、ウェーハを長尺フィルムに載せた状態をウェーハ側から見た図を示し、図７の下図は、フィルム側から見た図を示す。図７の下図に示すウェーハ面内の矢印は、被覆物の厚さ測定方向を示し、「〇」、「△」、「×」の順に、被覆物の厚さ測定精度が悪化することを意味する。このように、従来は、被覆物の測定の精度が低いという問題があり、また、被覆物を含めたウェーハの厚さがばらつきを含んだままのデータを用い、厚さが不明瞭なまま研削を行うこととなり、研削後に被覆物を除去したウェーハの厚さ精度が悪化するという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、被覆物の厚さをばらつきが小さく安定して計測可能な被覆物の厚さ測定方法、及び、研削後のウェーハの厚さ精度を向上することが可能な研削方法を提供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なされたものであり、長尺のフィルムと樹脂とウェーハとをこの順に積層し、前記フィルムと平坦な面を有する定盤とが接するように押圧し前記樹脂を硬化させることにより、前記フィルムと前記樹脂とを含み表面が平坦な被覆物と前記ウェーハとが積層された積層体を形成し、前記ウェーハ上の少なくとも１本の直径方向において、複数の測定箇所で前記被覆物の厚さを光学センサにより測定する方法であって、前記ウェーハにおける、前記被覆物の厚さを測定する前記少なくとも１本の直径方向が、前記長尺のフィルムのＭＤ方向及びＴＤ方向とは異なる方向となるようにして、前記被覆物の厚さを測定する被覆物の厚さ測定方法を提供する。
このような被覆物の厚さ測定方法によれば、長尺のフィルムの屈折率の影響による被覆物の厚さ測定値のバラツキを排除でき、精度高い厚さ測定ができる。
このとき、前記ウェーハとしてノッチ又はオリフラを有するウェーハを用い、前記被覆物の厚さの測定を、前記ウェーハ面内に含まれる領域を均等に分割するＮ本（但し、Ｎは１以上の整数）の直径方向について行うこととし、前記Ｎ本の直径方向のうち、前記ウェーハの中心と前記ノッチ又は前記オリフラの中央部とを通る直径方向を第１の直径方向とし、前記第１の直径方向と前記長尺のフィルムのＴＤ方向とが成す角度の最小値をθ（°）としたときに、前記Ｎが奇数の場合はθ＝４５／Ｎ（°）、前記Ｎが偶数の場合はθ＝９０／Ｎ（°）となるように、前記長尺のフィルムと前記ウェーハとの位置関係を設定して前記積層体を形成する被覆物の厚さ測定方法とすることができる。
これにより、より精度高く被覆物の厚さを測定することができる。
このとき、前記被覆物の表面の平坦面を基準面として前記ウェーハを研削する方法であって、上記被覆物の厚さ測定方法により前記被覆物の厚さを測定し、前記測定した被覆物の厚さと前記ウェーハの仕上がり厚さの合計を研削の終点値として研削を行う研削方法とすることができる。
これにより、研削後のウェーハ厚さの狙い値との誤差を小さくすることができ、精度高く研削加工を行うことが可能となる。
以上のように、本発明の被覆物の厚さ測定方法によれば、長尺のフィルムの屈折率の影響による被覆物の厚さ測定値のバラツキを排除でき、精度高い厚さ測定を行うことが可能となる。また、本発明の被覆物の厚さ測定方法を用いたウェーハの研削方法により、研削後のウェーハの厚さと狙い値との差を小さくすることが可能になる。
本発明に係る厚さ測定及び研削方法の工程フローを示す。 積層体の製造工程の一例を示す。 被覆物の厚さ測定の概念図を示す。 被覆物の厚さ測定方向の設定例を示す。 被覆物の厚さ測定方向の他の設定例を示す。 実施例１，２及び比較例の、研削後のウェーハ厚さ（狙い値との差）を示す。 従来の被覆物の厚さ測定の例を示す。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
上述のように、被覆物の厚さをばらつきが小さく安定して計測可能な、被覆物の厚さ測定方法が求められていた。
本発明者らは、上記課題について鋭意調査を行った結果、長尺のフィルムのＭＤ方向及びＴＤ方向は、フィルムの屈折率が安定しないために厚さ測定結果が安定せず、厚さ測定の精度が低下することを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明者らは、長尺のフィルムと樹脂とウェーハとをこの順に積層し、前記フィルムと平坦な面を有する定盤とが接するように押圧し前記樹脂を硬化させることにより、前記フィルムと前記樹脂とを含み表面が平坦な被覆物と前記ウェーハとが積層された積層体を形成し、前記ウェーハ上の少なくとも１本の直径方向において、複数の測定箇所で前記被覆物の厚さを測定する方法であって、前記ウェーハにおける、前記被覆物の厚さを測定する前記少なくとも１本の直径方向が、前記長尺のフィルムのＭＤ方向及びＴＤ方向とは異なる方向となるようにして、前記被覆物の厚さを測定する被覆物の厚さ測定方法により、被覆物の厚さの測定を精度高く行うことができること、この厚さ測定方法を採用することで、ウェーハの研削を行ったときに狙い値からの誤差を小さくできることを見出し、本発明を完成した。
以下、図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る被覆物の厚さ測定方法について説明する。この厚さ測定は、ウェーハの研削加工の前に行う測定である。まず、図１のＳ０１に示すように、長尺のフィルムと樹脂とウェーハとをこの順に積層し、フィルムと平坦な面を有する定盤とが接するように押圧し、樹脂を硬化させることにより、フィルムと前記樹脂とを含み表面が平坦な被覆物と、ウェーハとが積層された積層体を形成する。
フィルムと樹脂とを含み表面が平坦な被覆物とウェーハとが積層された積層体の製造工程の一例をあげると、図２に示すように、まず、平坦な面を有する定盤（下定盤）１の上に光透過性で長尺のフィルム２を敷き、その上に可塑状態、例えば液状の樹脂３を供給、塗布する。さらに樹脂の上にウェーハ４を載せ、フィルム２の面が平坦となるように定盤（上定盤）５を用いて押圧する。その後、使用する樹脂３の種類に応じた硬化処理を行う。図に示す例では、樹脂３としてＵＶ硬化樹脂を用い、ＵＶ光６をフィルム２の側から照射することにより硬化を行う。このようにして積層体１０を得ることができる。
長尺状のフィルムの種類としては、後述のように、フィルムと硬化した樹脂とを含む被覆物の厚さ測定を光学的に行うため、厚さ測定の光を透過する材料であれば、特に限定されない。例えば、ＰＥＴフィルムなどを好適に用いることができる。
樹脂としては、硬化後にフィルム、ウェーハと一体となり積層体を形成できるものであれば、特に限定されない。例えば、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、常温で固体となる熱可塑性樹脂などを使用することができる。なお、ここでいう樹脂には、ワックスも含まれる。なかでも、ＵＶ硬化樹脂等の光硬化樹脂を使用することが好ましい。硬化処理が容易に行えるためである。
ウェーハとしては、例えば、シリコンなどの単結晶材料からなる半導体ウェーハを用いることができる。特に、ノッチやオリフラが形成されたウェーハであれば、フィルム上へのウェーハの設置位置の調整や、膜厚の測定箇所の設定などが容易になる。
次に、図１のＳ０２に示すように、上記積層体１０における、フィルムと樹脂を含む被覆物の厚さの測定を行う。被覆物の厚さ測定は、光学的な方法で行う。例えば、図３に示すように、干渉式の光学センサ７を用い、フィルム２の側から光を照射して測定する。フィルム２の材質や樹脂の種類など、被覆物に応じた適切な波長の光等、適宜条件を設定すればよい。ウェーハ４と光学センサ７の少なくとも一方を直線状に動かすことで、面内の厚さのラインプロファイルを取得することができる。
膜厚の測定は、積層体面内のできるだけ多くの箇所を測定することが好ましいが、本発明では、少なくとも１つの直径方向において、複数の箇所の測定を行うこととする。簡便に、積層体面内の分布を測定できるからである。
このとき、本発明は、測定を行う直径方向を、長尺のフィルムのＭＤ方向及びＴＤ方向と異なる方向とする点に、特徴を有する。上述のように、本発明者は、長尺フィルムのＭＤ方向やＴＤ方向に沿った方向で被覆物の測定を行うと、フィルムの屈折率の影響により、測定精度が下がり、得られる測定結果のばらつきが大きくなることを見出した。特にＭＤ方向に沿った方向では、厚さの測定精度の低下が顕著である。このため、測定を行う直径方向を、長尺のフィルムのＭＤ方向及びＴＤ方向と異なる方向とすることで、被覆物の厚さの測定精度を向上することができる。
被覆物の厚さの測定を行うときの測定方向の設定は、例えば、ノッチ又はオリフラが形成されたウェーハを使用し、ノッチ又はオリフラの中央部とウェーハの中心を通る直径方向を測定することとして、フィルムと樹脂の上にウェーハを載せるときのウェーハの位置（回転方向）を調節して、ウェーハの測定場所（直径方向）と、長尺のフィルムのＭＤ方向又はＴＤ方向との相対的な位置関係を調整する方法や、フィルムと樹脂の上にウェーハを載せるときの位置関係（回転方向）は変えず、測定時の測定場所（直径方向）を変える方法などが挙げられる。
前者、すなわち、フィルムと樹脂の上にウェーハを載せるときのウェーハの位置（回転方向）を調節して、ウェーハの測定場所（直径方向）と、長尺のフィルムのＭＤ方向又はＴＤ方向との相対的な位置関係を調整する方法を採用する場合には、図４に示すように、従来のウェーハ位置（図４の（Ａ））に対し、ウェーハの中心を基準に所定角度を回転させてウェーハをフィルムに載せることで（図４の（Ｂ））、被覆物の厚さ測定の直径方向の設定を行うことができる。この場合、積層体を形成する装置にウェーハのノッチ又はオリフラを検出する検出機構、及び、ノッチ又はオリフラに対する回転角度調整機構を設け、ウェーハの回転角度の調節を行うと、高い精度で位置調整ができる。
測定精度は、測定する直径方向の本数を多くすることで、より高くすることができる。特に、ウェーハ面内に含まれる領域を均等に分割するような複数の直径方向について測定を行うことで、測定精度をより向上することができる。ウェーハ面内に含まれる領域を均等に分割するような複数の直径方向とは、言い換えると、隣り合った複数の直径方向の交差角度がすべて等しいことを意味する。
また、ウェーハの中心とノッチ又はオリフラの中央部とを通る直径方向を第１の直径方向とし、前記第１の直径方向と長尺のフィルムのＴＤ方向とが成す角度の最小値をθ（°）としたときに、Ｎが奇数の場合はθ＝４５／Ｎ（°）、Ｎが偶数の場合はθ＝９０／Ｎ（°）となるように、長尺のフィルムとウェーハとの位置関係を設定して積層体を形成すると、厚さ測定で得られた測定結果のばらつきが非常に小さくなり、より高精度の測定を行うことができる。
例えば、図４に示した例は、Ｎ＝２とした場合である。フィルム上にウェーハを載せるときに、ウェーハを中心周りにθ＝９０／２＝４５°回転させて設置することで、第１の直径方向と、第１の直径方向に直交する第２の直径方向で被覆物の厚さを測定したときに、測定の精度が高くなる。なお、図７の説明と同様に、図４や、以下に述べる図５中、「〇」で示した測定方向は測定値の精度が高い方向、「△」、「×」の順に、測定値の精度が低くなる方向を示す。
図５には、Ｎ＝４としたときの例を示す。従来は、図５（Ａ）に示すように、第１の直径方向と長尺フィルムのＴＤ方向とが一致するように、ウェーハとフィルムとの位置関係を設定しているため、厚さの測定を行う４つの直径方向のうちの２つがＴＤ方向及びＭＤ方向と一致する。
一方、図５（Ｂ）に示すように、第１の直径方向と長尺のフィルムのＴＤ方向との成す角度θがθ＝９０／４＝２２．５°（図５の例では、時計回りに２２．５°）となるように設定して積層体を形成して被覆物の厚さの測定を行うと、４つの直径方向のすべてがＴＤ方向及びＭＤ方向と異なる方向となる。
しかしながら、図５（Ｃ）に示すように、第１の直径方向と長尺のフィルムのＴＤ方向との成す角度θがθ＝４５°（図５の例では、時計回りに４５°）となるように設定して積層体を形成して被覆物の厚さの測定を行うと、４つの直径方向のうちの２つがＴＤ方向及びＭＤ方向と一致するようになるため、図５（Ａ）の場合と同様に、被覆物の測定精度は低下する。
そこで、上述のように、ウェーハの中心とノッチ又はオリフラの中央部とを通る直径方向を第１の直径方向とし、前記第１の直径方向と長尺のフィルムのＴＤ方向とが成す角度の最小値をθ（°）としたときに、Ｎが奇数の場合はθ＝４５／Ｎ（°）、Ｎが偶数の場合はθ＝９０／Ｎ（°）となるように、長尺のフィルムとウェーハとの位置関係を設定して積層体を形成すると、厚さ測定で得られた測定結果のばらつきが非常に小さくなり、より高精度の測定を行うことができる。
なお、測定を行う直径方向の本数であるＮは、多いほど測定精度が向上するが、測定に要する時間が長くなるため、Ｎは１０以下とすることが好ましい。Ｎを６以下とすれば、測定に係る時間の短縮化と、厚さ測定精度の向上を両立でき、好ましい。
このようにして被覆物の厚さを測定したら、図１のＳ０３に示すように、測定結果を用いて、ウェーハの研削加工における終点値の設定を行う。具体的には、「研削の終点値＝測定した被覆物の厚さ＋ウェーハの仕上がり厚さ（狙い値）」とする。このようにすることで、研削後のウェーハの厚さの、狙い値からのずれ（誤差）を小さくできる。
この後、図１のＳ０４に示すように、ウェーハの研削を行う。研削加工は、例えば特許文献１に記載されるような公知の研削方法を採用することができる。
以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。
まず、ウェーハ上に、樹脂とフィルムとを含む被覆物を形成し積層体を得るための条件について説明する。なお、以下に説明する比較例と実施例１，２とは、被覆物とウェーハとを含む積層体における測定場所は予め設定したＮ＝４本の測定場所（直径方向）に固定し、フィルムと樹脂の上にウェーハを載せるときのウェーハの位置（回転方向）を調節して、ウェーハの測定場所（直径方向）と、長尺のフィルムのＭＤ方向又はＴＤ方向との相対的な位置関係を調整する方法を採用した。
ウェーハとして、外周部にノッチを有する直径３００ｍｍのＰ型Ｓｉ単結晶ウェーハを用いた。被覆物のうち、樹脂としてはＵＶ硬化性樹脂、長尺のフィルムとしてはＰＥＴフィルムを用いた。
まず、平坦な石定盤（下定盤）上にＰＥＴフィルムを敷き、そのＰＥＴフィルム上にＵＶ硬化性樹脂を１０ｍｌ滴下した。その後、ウェーハを、長尺のフィルムと一体化したときに、ウェーハの中心とノッチとを通る直径方向（第１の直径方向）が、長尺のフィルムのＭＤ方向と直交する方向（ＴＤ方向と平行となる方向）となる場合を基準（０°）とし、下記に示す回転角度となるように、ウェーハを中心周りに回転させてセラミック定盤（上定盤）に吸着保持させた。
（比較例）
ウェーハの第１の直径方向が、長尺のフィルムのＭＤ方向と直交する方向（ＴＤ方向と平行となる方向）、すなわち、ウェーハの第１の直径方向とＴＤ方向との成す角度が０°となるように、セラミック定盤（上定盤）に吸着保持させて、積層体を形成した。
（実施例１）
ウェーハの第１の直径方向と、長尺のフィルムのＴＤ方向とのなす角の最小値が、１０．０°となるようにウェーハを回転させてセラミック定盤（上定盤）に吸着保持させ、積層体を形成した。
（実施例２）
ウェーハの第１の直径方向と、長尺のフィルムのＴＤ方向とのなす角の最小値が、２２．５°となるようにウェーハを回転させてセラミック定盤（上定盤）に吸着保持させ、積層体を形成した。
セラミック定盤（上定盤）に吸着保持させたウェーハを、上記樹脂の滴下点とウェーハの中心が同一となるように押圧して接着した。押圧の制御は、セラミック定盤を保持するサーボモータを駆動させて行い、圧力が２０００Ｎとなるまで加圧した。その後、波長３６５ｎｍのＵＶ－ＬＥＤを用いてフィルム側から紫外線を照射し、樹脂を硬化させ積層体を得た。
樹脂を硬化させた後、積層体のウェーハ部を保持して、被覆物の厚さを測定する測定機まで搬送した。被覆物の厚さ測定用光学センサは、Ｋｅｙｅｎｃｅ社製のＳＩ－Ｔ８０を使用した。センサを固定し、被覆物とウェーハの積層体を直線状に走査することで、厚さプロファイルを計測した。
また、比較例、実施例１，２の測定は、ウェーハ面内の直径方向に４本の測定ラインで、１本の測定ラインにつき０．２５ｍｍピッチで１１６０点の測定を行った。４本の測定ラインは、ウェーハ面内を均等な領域に分割するように設定した。つまり、中心とノッチとを通る直径方向（第１の直径方向）と、該第１の直径方向からウェーハ中心を基準に４５°ずつ回転した直径方向（第２～４の直径方向）を測定ラインとした。このようにして測定して得た被覆物厚さプロファイルの平均値を被覆物厚さとした。
被覆物の厚さを測定した後の積層体は、研削加工装置に搬送し、研削加工を行った。研削加工装置は、ディスコ社製のＤＦＧ８３６０を使用した。研削ホイールは、ダイヤ砥粒が結合されたものを用いた。被覆物側を真空吸着し、「測定した被覆物の厚さ＋狙い仕上がり厚さ」を研削の終点値として研削加工を行った。ここでの狙い仕上がり厚さは８２０μｍとした。
研削加工を行った後、ウェーハの厚さを測定した。測定には、コベルコ科研社製のＳＢＷ－３３０を使用した。ウェーハの厚さの測定箇所は、ウェーハ面内の直径方向に４本の測定ラインで、１本の測定ラインにつき１ｍｍピッチで２９０点の測定を行った。４本の測定ラインは、被覆物厚さの測定箇所と同一のラインとした。得られた測定値の平均値を研削後のウェーハ厚さとした。
研削後のウェーハについて評価した結果の比較を図６に示す。図６の縦軸は、研削後のウェーハの狙い厚さと、実際の研削後のウェーハの厚さとの差を示す。図６に示すように、比較例では、従来のように、第１の直径方向が、フィルムのＭＤ方向と直交する関係になるように上定盤に吸着させて積層体を形成しているため、被覆物の厚さを測定する４本の直径方向のうちの２本が、長尺フィルムのＴＤ方向及びＭＤ方向と一致する方向となっている。このため、被覆物の厚さの測定の精度が低く、ばらつきが大きくなり、この測定結果を用いて研削加工終点を設定した場合に、目標とした狙い厚さからの誤差が大きくなった。
一方、実施例１，２では、被覆物の厚さを測定する４本の直径方向のすべてが、長尺フィルムのＴＤ方向及びＭＤ方向と一致していないため、比較例よりも、狙い厚さに近いものを得ることができた。特に、実施例２では、ウェーハの中心とノッチとを通る直径方向である第１の直径方向と、長尺のフィルムのＴＤ方向との成す角度の最小値θ（°）を、θ＝９０／４＝２２．５（°）としており、さらに狙い値に近いウェーハを得ることができた。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…定盤（下定盤）、 ２…フィルム、 ３…樹脂、 ４…ウェーハ、
５…定盤（上定盤）、 ６…ＵＶ光、 ７…光学センサ、 １０…積層体。

Claims (3)

  1. 長尺のフィルムと樹脂とウェーハとをこの順に積層し、前記フィルムと平坦な面を有する定盤とが接するように押圧し前記樹脂を硬化させることにより、前記フィルムと前記樹脂とを含み表面が平坦な被覆物と前記ウェーハとが積層された積層体を形成し、前記ウェーハ上の少なくとも１本の直径方向において、複数の測定箇所で前記被覆物の厚さを光学センサにより測定する方法であって、
    前記ウェーハにおける、前記被覆物の厚さを測定する前記少なくとも１本の直径方向が、前記長尺のフィルムのＭＤ方向及びＴＤ方向とは異なる方向となるようにして、前記被覆物の厚さを測定することを特徴とする被覆物の厚さ測定方法。
  2. 前記ウェーハとしてノッチ又はオリフラを有するウェーハを用い、
    前記被覆物の厚さの測定を、前記ウェーハ面内に含まれる領域を均等に分割するＮ本（但し、Ｎは１以上の整数）の直径方向について行うこととし、
    前記Ｎ本の直径方向のうち、前記ウェーハの中心と前記ノッチ又は前記オリフラの中央部とを通る直径方向を第１の直径方向とし、前記第１の直径方向と前記長尺のフィルムのＴＤ方向とが成す角度の最小値をθ（°）としたときに、
    前記Ｎが奇数の場合はθ＝４５／Ｎ（°）、前記Ｎが偶数の場合はθ＝９０／Ｎ（°）となるように、前記長尺のフィルムと前記ウェーハとの位置関係を設定して前記積層体を形成することを特徴とする請求項１に記載の被覆物の厚さ測定方法。
  3. 前記被覆物の表面の平坦面を基準面として前記ウェーハを研削する方法であって、
    請求項１又は２に記載の被覆物の厚さ測定方法により前記被覆物の厚さを測定し、
    前記測定した被覆物の厚さと前記ウェーハの仕上がり厚さの合計を研削の終点値として研削を行うことを特徴とする研削方法。
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