JP7137425B2 - 研削方法及び研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、研削方法及び研削装置に関する。

半導体ウェーハ等のウェーハの裏面の研削中は、ウェーハを所望の厚みへと薄化するために、特許文献１に示すように、保持テーブルの保持面とウェーハの裏面とに検出端子を接触させて、ウェーハの厚みを計測する（例えば、特許文献１参照）。実際には、表面のデバイスを保護するために、ウェーハの表面には保護テープ等の保護部材が貼着され、研削装置においては、保護部材側を保持テーブルで保持し、研削中は、保護部材とウェーハとの合計の厚みを測定している。

特開２０００－００６０１８号公報

しかし、誤って使用すべき保護部材とは異なる厚みの保護部材をウェーハに貼着してウェーハを研削した場合、保護部材とウェーハとの合計の厚みが所定の厚みとなっても、ウェーハは所望の厚みとは異なる厚みに薄化されてしまう。研削後の薄化されたウェーハから保護部材を除去してウェーハ単体の厚みを測定するのはウェーハを破損させるおそれもあるので許容し難い。研削後のウェーハは、一般にダイシングされ、ピックアップされて基板に実装されていくが、研削後のウェーハが所望の厚みと異なっていても判別されることがないため、最終製品に組み込まれてから厚みに起因する不具合が生じる可能性もある。本発明が解決しようとする課題は、研削後にウェーハが所望の厚みに研削されたかどうかを容易に把握できるようにすることである。

本発明は、ウェーハの裏面を研削して所望の厚みへと薄化する研削方法であって、ウェーハの表面に所定の保護部材を配設する保護部材配設ステップと、該保護部材を介してウェーハを保持テーブルで保持してウェーハの裏面を露出させる保持ステップと、該保持ステップを実施した後、該保持テーブルの上面とウェーハの裏面とにそれぞれ検出端子を接触させて、該保護部材とウェーハの合計厚みを計測しつつウェーハの該裏面を研削して所定厚みへと薄化する研削ステップと、該研削ステップを実施した後、該保護部材が配設されたウェーハの重量を測定する重量測定ステップと、該重量測定ステップで測定した重量をもとに、ウェーハが該所望の厚みに薄化されているかを確認する確認ステップと、を備えた研削方法である。

また、本発明は、表面に保護部材が配設されたウェーハの裏面を研削する研削装置であって、該保護部材を介してウェーハを保持する保持面を含む保持テーブルと、該保持テーブルで保持されたウェーハを研削する研削ホイールを有した研削手段と、該保持面に接触して該保持面の高さ位置を検出する第１検出端子と、該保持テーブルで保持されたウェーハの裏面に接触して該裏面の高さ位置を検出する第２検出端子とを有し、該第１検出端子により測定された高さと該第２検出端子により測定された高さとの差を用いて該保護部材と該ウェーハとの合計の厚みを測定する厚み測定手段と、ウェーハの研削により該保護部材と該ウェーハとの合計の厚みが所定の厚みになった後の該保護部材が配設されたウェーハの重量を測定する重量測定手段と、を備えた研削装置である。

上記制御装置は、少なくとも該研削手段を制御する制御手段を備え、該制御手段は、所定の該保護部材が配設されたウェーハを所望の厚みへと薄化したときの重量を既定重量として記憶する重量記憶部と、該重量測定手段で測定した研削後の該保護部材が配設されたウェーハの重量と、該既定重量とを比較する比較部と、を有し、該研削装置は、該比較部で比較した重量が許容値外の場合に警告を発信する警告発信手段を更に備えることが好ましい。

本発明では、研削後に測定した保護部材が配設されたウェーハの重量を測定することにより、ウェーハが所望の厚みに薄化されているかを容易に確認することができる。

ウェーハの一例を示す斜視図である。 保護部材配設ステップを示す斜視図である。 研削装置全体を表す斜視図である。 保持ステップ時を示す断面図である。 研削時の保持テーブルと研削手段の断面図である。 重量測定時の重量測定手段の正面図である。

１ 保護部材配設ステップ
図１に示すように、研削されるウェーハＷは、例えば、表面Ｗａに複数のデバイスＤを備える半導体ウェーハ等であり、研削後に分割予定ラインＬに沿って分割される。図２に示すように、研削前に、ウェーハＷの表面Ｗａには、表面保護を目的として保護部材Ｔが配設される。保護部材Ｔは、例えば、テープ等である。

２ 保持ステップ
次に、図３に示す研削装置１の保持テーブル５において、保護部材Ｔが貼着されたウェーハＷを保持する。図３に示す研削装置１は、粗研削手段３０及び仕上げ研削手段３１を備え、いずれかの保持テーブル５の上に保持されたウェーハＷを粗研削手段３０及び仕上げ研削手段３１により研削する装置である。

研削装置１は、例えば、第１の装置ベース１０の後方（＋Ｙ方向側）に第２の装置ベース１１が連結されている。第１の装置ベース１０の上は、ウェーハＷの搬出入等が行われる搬出入領域Ａとなっている。第２の装置ベース１１の上は、保持テーブル５で保持されたウェーハＷが粗研削手段３０と仕上げ研削手段３１とによって研削される研削領域Ｂとなっている。

第１の装置ベース１０の正面側（－Ｙ方向側）には、第１のカセット載置部１５０及び第２のカセット載置部１５１が設けられており、第１のカセット載置部１５０には加工前のウェーハＷが収容される第１のカセット１５０ａが載置され、第２のカセット載置部１５１には加工後のウェーハＷが収容される第２のカセット１５１ａが載置される。

第１のカセット１５０ａの開口の後方には、第１のカセット１５０ａから加工前のウェーハＷを搬出するとともに加工後のウェーハＷを第２のカセット１５１ａに搬入するロボット１５５が設けられ、ロボット１５５に隣接する位置には、ウェーハＷを仮置きするための仮置き領域１５２が設けられている。仮置き領域１５２には、位置合わせ手段１５３が配設され、位置合わせ手段１５３は、第１のカセット１５０ａから搬出され仮置き領域１５２に載置されたウェーハＷを、複数の位置合わせピンで所定の位置に位置合わせ（センタリング）する。

位置合わせ手段１５３に隣接する位置には、ウェーハＷを保持した状態で旋回するローディングアーム１５４ａが配置されている。ローディングアーム１５４ａは、位置合わせ手段１５３により位置合わせされたウェーハＷを保持し、研削領域Ｂ内に配設されているいずれかの保持テーブル５へ搬送する。ローディングアーム１５４ａの隣には、加工後のウェーハＷを保持した状態で旋回するアンローディングアーム１５４ｂが設けられている。アンローディングアーム１５４ｂと近接する位置には、アンローディングアーム１５４ｂにより搬送された加工後のウェーハＷを洗浄する枚葉式の洗浄手段１５６が配設されている。洗浄手段１５６により洗浄されたウェーハＷは、ロボット１５５により第２のカセット１５１ａに搬入される。

第２の装置ベース１１の後方（＋Ｙ方向側）には第１のコラム１２が立設されており、第１のコラム１２の前面には粗研削送り手段２０が配設されている。粗研削送り手段２０は、鉛直方向（Ｚ軸方向）の軸心を有するボールネジ２００と、ボールネジ２００と平行に配設された一対のガイドレール２０１と、ボールネジ２００に連結しボールネジ２００を回動させるモータ２０２と、内部のナット構造がボールネジに螺合し側部がガイドレール２０１に摺接する昇降板２０３と、昇降板２０３に連結され粗研削手段３０を保持するホルダ２０４とから構成され、モータ２０２がボールネジ２００を回動させると、昇降板２０３がガイドレール２０１に案内されてＺ軸方向に往復移動し、ホルダ２０４に支持された粗研削手段３０もＺ軸方向に往復移動する。

粗研削手段３０は、軸方向が鉛直方向（Ｚ軸方向）であるスピンドル３００と、スピンドル３００を回転可能に支持するハウジング３０１と、スピンドル３００を回転駆動するモータ３０２と、スピンドル３００の下端に接続された円形状のマウント３０３と、マウント３０３の下面に着脱可能に接続された研削ホイール３０４とを備える。モータ３０２により、Ｚ軸方向の軸心周りにスピンドル３００が回転し、それに伴い、研削ホイール３０４が同じくＺ軸方向の軸心周りに回転する構成となっている。研削ホイール３０４は、ホイール基台３０４ａと、ホイール基台３０４ａの底面に環状に固着された略直方体形状の複数の粗研削砥石３０４ｂとを備える。

また、第２の装置ベース１１上の後方には、第２のコラム１３が第１のコラム１２にＸ軸方向に並んで立設しており、第２のコラム１３の前面には仕上げ研削送り手段２１が配設されている。仕上げ研削送り手段２１は、粗研削送り手段２０と同様に構成されており、仕上げ研削手段３１をＺ軸方向に研削送りすることができる。仕上げ研削手段３１は、仕上げ研削砥石３１４ｂを備え、仕上げ研削砥石３１４ｂの中に含まれる砥粒は、前述した粗研削砥石３０４ｂの砥粒よりも小さい。仕上げ研削手段３１のその他の構成は粗研削手段３０と同様となっている。図３における仕上げ研削送り手段２１及び仕上げ研削手段３１に関し、粗研削送り手段２０及び粗研削手段３０と同様に構成される部位については共通の符号を付し、その説明は省略することとする。

第２の装置ベース１１の上には、ターンテーブル４が配設され、ターンテーブル４の上面には、例えば、保持テーブル５が周方向に等しい間隔を空けて３つ配設されている。ターンテーブル４の下方には、ターンテーブル４を自転させるための図示しない回転手段が配設されており、ターンテーブル４は、ターンテーブル４の中心を回転中心としたＺ軸に平行な軸心の周りに自転可能となっている。ターンテーブル４の自転により、３つの保持テーブル５が公転することで、仮置き領域１５２の近くに位置する保持テーブル５の上に載置されたウェーハＷが、粗研削手段３０の下方、仕上げ研削手段３１の下方へと順次位置づけられる。

保持テーブル５は、例えば、その外形が円形板状でありウェーハＷを吸引保持する保持面５０ａを有する吸引部５０と、保持面５０ａを囲繞し、吸引部５０を下方から支持する枠体５１とから構成される。尚、枠体５１の上面である基準面５１ａと、保持面５０ａとは同じ高さとなっている。３つの保持テーブル５は保持テーブル５の下方に吸引手段５２を備え、吸引手段５２の発揮する吸引力により、保持面５０ａの上にウェーハＷを吸引保持できる。また、３つの保持テーブル５は、保持テーブル５の下方の図示しない回転手段により保持テーブル５の中心を回転中心としてＺ軸に平行な軸心の周りで回転することができる。

第２の装置ベース１１上には研削時にウェーハＷと保護部材Ｔとの合計の厚みを測定するための厚み測定手段６が配設されている。厚み測定手段６は、枠体５１の上面である基準面５１ａに接触させて基準面５１ａの高さ位置を検出する第１検出端子６０と、ウェーハＷの裏面Ｗｂに接触させ裏面Ｗｂの高さ位置を検出する第２検出端子６１とを備え、両端子により測定された高さの差を用いてウェーハＷの厚みを測定できる。

第１の装置ベース１０上には、研削後のウェーハの重量を測定する重量測定手段７が配設される。重量測定手段７は、測定台７０とモニタ７１とを備える。重量測定手段７には制御手段８が接続され、制御手段８は、ウェーハが研削され所望の厚みへと薄化された場合の重量を既定重量として記憶する重量記憶部８０と、重量測定手段７によって測定した実際の重量と重量記憶部８０に記憶された既定重量とを比較する比較部８１とを備える。比較部８１では、両重量の比較前に、許容される重量差の設定が予め行われ、比較後、比較結果がその許容される重量差の範囲内に含まれているか否かの判定をすることとなる。

さらに、制御手段８には、警告発信手段９が接続されている。警告発信手段９は、制御手段８の比較部８１による既定重量と研削後の重量との比較の結果をうけて、研削後の重量が許容値外の値である場合に警告をする役割を担う。警告発信手段９としては、例えば、図示しない装置上部に取り付けられたＬＥＤ等の警告表示灯が、研削後の重量が許容値外のときに点灯し、点灯表示をオペレータ等が視認できるような仕組みが考えられ、或いは、警告発信手段９は、例えば、警告表示灯の代わりに警告音を発するスピーカー部を備えてもよい。警告表示灯の点灯と、警告音の発信とを同時に行うことができるような構成でもよい。

本ステップでは、保護部材Ｔが配設されたウェーハＷを、図３に示した第１のカセット１５０ａからロボット１５５によって搬出し、仮置き領域１５２で位置合わせ手段１５３により一定の位置に位置合わせした後、ローディングアーム１５４ａを用いて、保持テーブル５の上に移動する。図４に示すように、裏面Ｗｂを上側に露出させて、保持テーブル５の上に載置されたウェーハＷは、吸引部５０の下方に配設された吸引手段５２の吸引力によって、保護部材Ｔを介して保持テーブル５に吸引保持される。

３ 研削ステップ
研削ステップでは、ウェーハＷの裏面Ｗｂを仕上げ厚みの直前の厚みまで粗研削手段３０を用いて粗研削を行った後に、粗研削の際に用いた粗研削砥石３０４ｂよりも砥粒の小さな仕上げ研削砥石３１４ｂを備える仕上げ研削手段３１を用いて、仕上げ厚みまで、仕上げ研削を行う。以下に粗研削と仕上げ研削との工程にわけて記す。

（１）粗研削
保持ステップにて仮置き領域１５２の近くの保持テーブル５の上に保持したウェーハＷは、ターンテーブル４が＋Ｚ方向から見て反時計回りに回転することによって、粗研削手段３０の下方に移動する。図５に示すように、ウェーハＷと粗研削手段３０の粗研削砥石３０４ｂとの位置関係は、粗研削砥石３０４ｂがウェーハＷの回転中心を通る関係とする。ウェーハＷのうち粗研削砥石３０４ｂが通らない領域においては、厚み測定手段６の第２検出端子６１をウェーハＷの裏面Ｗｂに接触させることができる。

図１に示したモータ３０２によりスピンドル３００を回転させることで粗研削砥石３０４ｂを回転させるとともに、保持テーブル５を図示しない保持テーブル５の下方の回転手段により回転させることでウェーハＷを回転させる。これにより、粗研削砥石３０４ｂをウェーハＷの裏面Ｗｂの全面に接触させる。粗研削手段３０が、粗研削送り手段２０により－Ｚ方向に送られ、回転する粗研削砥石３０４ｂが保持テーブル５に保持されたウェーハＷの裏面Ｗｂに当接することで研削加工が行われる。粗研削の最中、厚み測定手段６の第１検出端子６０を基準面５１ａに接触させつつ、第２検出端子６１をウェーハＷの裏面Ｗｂに接触させることにより、保護部材ＴとウェーハＷとの合計の厚みを計測し、当該合計の厚みが所定の厚みとなる直前まで研削する。

（２）仕上げ研削
所定の厚みの直前までウェーハＷを研削した後、粗研削送り手段２０により粗研削手段３０を上昇させ、ウェーハＷから離間させる。その後、図３に示すターンテーブル４を＋Ｚ方向から見て反時計回り方向に回転させ、ウェーハＷを吸引保持する保持テーブル５を仕上げ研削手段３１の下方まで移動させる。粗研削時と同様に、ウェーハＷと仕上げ研削手段３１の仕上げ研削砥石３１４ｂとの位置関係は、仕上げ研削砥石３１４ｂが、ウェーハＷの回転中心を通る関係とする。

粗研削時と同様に、仕上げ研削手段３１を仕上げ研削送り手段２１により下方へと送り、回転する仕上げ研削砥石３１４ｂをウェーハＷの裏面Ｗｂに当接させるとともに、保持テーブル５の回転によりウェーハＷを回転させ、ウェーハＷの裏面Ｗｂの全面を仕上げ研削する。その間、粗研削時と同様に、厚み測定手段６の第１検出端子６０を保持テーブル５の枠体５１の上面である基準面５１ａに接触させつつ、第２検出端子６１をウェーハＷの裏面Ｗｂに接触させることで保護部材ＴとウェーハＷとの合計の厚みを計測し、当該合計の厚みが所定の厚みに達するまで研削する。

４ 重量測定ステップ
仕上げ研削後、ターンテーブル４を＋Ｚ方向から見て反時計周り方向に回転し、仕上げ研削手段３１の下方に位置していた保持テーブル５を－Ｙ方向側に移動させる。その後、アンローディングアーム１５４ｂによってウェーハＷを洗浄手段１５６に移送する。そして、洗浄手段１５６においてウェーハＷを洗浄し、洗浄されたウェーハＷは、次いで、ロボット１５５によって搬送されて重量測定手段７の上に位置付けられる。そして、図６に示すように、重量測定手段７の測定台７０にウェーハＷを載置し、モニタ７１に表示された測定値を読み取ることで、研削後の保護部材ＴとウェーハＷとの合計の重量を測定する。

５ 確認ステップ
上記の重量測定ステップで測定した保護部材ＴとウェーハＷとの合計の重量をもとに、ウェーハＷが所望の厚みに薄化されているかを確認する。ウェーハＷに配設された保護部材Ｔの厚みが正しければ、該保護部材Ｔの重量と、所望の厚み分のウェーハＷの重量との合計の重量（既定重量）は一定の値をとるはずである。従って、もし、研削前に配設した保護部材Ｔの厚みが、予め定められた厚みと異なっていれば、研削後の重量測定で測定した合計の重量の測定値と既定重量との間に差が生まれる。この重量の差が予め定めた範囲内かどうかを基準として、ウェーハＷが所望の厚みに薄化されているかを確認する。

確認ステップの実施時に、図３に示したような制御手段８を用いることで、所望の厚みに薄化されたかどうかを確認することができる。その際は、重量測定手段７により測定された研削後の合計の重量と、制御手段８が備える重量記憶部８０であらかじめ記憶された既定重量とを、制御手段８の比較部８１で比較する。例えば、比較結果が既定の許容範囲外であったならば、ウェーハＷを所望の厚みに仕上げられなかったとみなし、制御手段８に接続された警告発信手段９により警告を発信する。具体的には、例えば、比較部８１の比較結果をうけて、図示しない装置上部に取り付けられた警告表示灯が特定の色を光らせ、その様子を外観からオペレータが視認し、厚みの異常を認識する。あるいは、警告発信手段９は、図示しない音源を備え、比較結果が既定の許容範囲を逸脱した場合に、警告音を発することで、オペレータが厚みの異常を認識する。

以下に、確認ステップ実施時の具体的な例を挙げる。例えば、元厚725±20μmであるφ８インチウェーハを厚み150μmに仕上げたい場合において、このときに用いる保護部材Ｔの厚みを100μmと定め、その重量が3.8gであるとする。そして、ウェーハＷが厚み150μｍに形成された時の保護部材ＴとウェーハＷとの合計の重量が14.77gであるとする。この合計の重量の値は、制御手段８の重量記憶部８０に既定重量として予め記憶される。

例えば、±0.3g等、保護部材Ｔの厚みのばらつきに応じて許容する保護部材Ｔの重量のばらつきを設定しておく。すなわち、保護部材ＴとウェーハＷとの合計の重量が正しい重量から±0.3gを超えた値であれば所望の厚みに薄化されなかったと判断する。今、研削後、重量測定手段７によって測定されたウェーハＷと保護部材Ｔとの合計の重量が11.32gであったとする。このとき、比較部８１により、研削後の合計の重量と記憶された既定重量とが比較される結果、その重量差が、許容される範囲を超えるため、測定値と所望の厚みに薄化されなかったと判断される。

比較部８１により両者の重量が比較された結果、重量差が許容される範囲外の値であった場合、その比較結果をうけて警告発信手段９が警告をする。前述している通り、警告の発信は、警告表示灯の表示や警告音の発信その他の方法によってなされる。これにより、オペレータは厚みの異常を認識する。ウェーハＷが所望の厚みよりも厚く形成されていた場合は、ウェーハの表面に配設されている保護部材を除去し、適切な保護部材を配設し直した後、研削ステップ、重量測定ステップ及び確認ステップを再度実施してもよい。一方、ウェーハＷが所望の厚みよりも薄く形成されていた場合は、そのウェーハＷは廃棄される。

なお、本実施形態では、研削装置１に備えた重量測定手段７を用いて研削後の保護部材ＴとウェーハＷとの合計の重量を測定することとしたが、重量測定手段を備えない研削装置を用いて保持ステップ及び研削ステップを実施し、その後、単体の重量計を用いて研削後の保護部材ＴとウェーハＷとの合計の重量を測定するようにしてもよい。

Ｗ：ウェーハ Ｗａ：表面 Ｗｂ：裏面 Ｌ：分割予定ライン Ｄ：デバイス
Ｔ：保護部材
１：研削装置 １０：第１の装置ベース １１：第２の装置ベース
１２：第１のコラム １３：第２のコラム
１５０：第１のカセット載置部 １５０ａ：第１のウェーハカセット
１５１：第２のカセット載置部 １５１ａ：第２のウェーハカセット
１５２：仮置き領域 １５３：位置合わせ手段 １５４ａ：ローディングアーム
１５４ｂ：アンローディングアーム １５５：ロボット １５６：洗浄手段
２０：粗研削送り手段 ２００：ボールネジ ２０１：ガイドレール
２０２：モータ ２０３：昇降板 ２０４：ホルダ
２１：仕上げ研削送り手段
３０：粗研削手段 ３００：スピンドル ３０１：ハウジング ３０２：モータ
３０３：マウント ３０４：研削ホイール ３０４ａ：ホイール基台
３０４ｂ：粗研削砥石
３１：仕上げ研削手段 ３１４ｂ：仕上げ研削砥石
４：ターンテーブル
５：保持テーブル ５０：吸引部 ５０ａ：保持面 ５１：枠体 ５１ａ：基準面
５２：吸引手段
６：厚み測定手段 ６０：第１検出端子 ６１：第２検出端子
７：重量測定手段 ７０：測定台 ７１：モニタ
８：制御手段 ８０：重量記憶部 ８１：比較部
９：警告発信手段
Ａ：搬出入領域 Ｂ：研削領域

Claims (3)

1. ウェーハの裏面を研削して所望の厚みへと薄化する研削方法であって、
   ウェーハの表面に所定の保護部材を配設する保護部材配設ステップと、
   該保護部材を介してウェーハを保持テーブルで保持してウェーハの裏面を露出させる保持ステップと、
   該保持ステップを実施した後、該保持テーブルの上面とウェーハの裏面とにそれぞれ検出端子を接触させて、該保護部材とウェーハとの合計厚みを計測しつつウェーハの該裏面を研削して所定厚みへと薄化する研削ステップと、
   該研削ステップを実施した後、該保護部材が配設されたウェーハの重量を測定する重量測定ステップと、
   該重量測定ステップで測定した重量をもとに、ウェーハが該所望の厚みに薄化されているかを確認する確認ステップと、
   を備えた研削方法。
2. 表面に保護部材が配設されたウェーハの裏面を研削する研削装置であって、
   該保護部材を介してウェーハを保持する保持面を含む保持テーブルと、
   該保持テーブルで保持されたウェーハを研削する研削ホイールを有した研削手段と、
   該保持面に接触して該保持面の高さ位置を検出する第１検出端子と、該保持テーブルで保持されたウェーハの裏面に接触して該裏面の高さ位置を検出する第２検出端子とを有し、該第１検出端子により測定された高さと該第２検出端子により測定された高さとの差を用いて該保護部材と該ウェーハとの合計の厚みを測定する厚み測定手段と、
   ウェーハの研削により該保護部材と該ウェーハとの合計の厚みが所定の厚みになった後の該保護部材が配設されたウェーハの重量を測定する重量測定手段と、
   を備えた研削装置。
3. 少なくとも該研削手段を制御する制御手段を備え、
   該制御手段は、所定の該保護部材を配設したウェーハが所定厚みへと薄化された場合の重量を既定重量として記憶する重量記憶部と、
   該重量測定手段で測定した研削後の該保護部材が配設されたウェーハの重量と、該既定重量とを比較する比較部と、を有し、
   該研削装置は、該比較部で比較した重量が許容値外の場合に警告を発信する警告発信手段を更に備えた、
   請求項２に記載の研削装置。

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