JP7169164B2

JP7169164B2 - 研削装置

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Publication number: JP7169164B2
Application number: JP2018205073A
Authority: JP
Inventors: 真也渡辺
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: JP2020072172A

Description

本発明は、研削装置に関する。

ＩＣあるいはＬＳＩ等のデバイスが複数形成された被加工物は、研削装置によって裏面が研削されることにより、所定の厚さに形成される。さらに、被加工物は、ダイシング装置等の分割装置によって、個々のデバイスを含む複数のチップに分割される。各チップは、携帯電話あるいはパソコン等の電子機器に利用される。

被加工物の裏面を研削する研削装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと研削手段とを備えている。研削手段は、回転可能に支持されている研削砥石により、チャックテーブルに保持された被加工物を研削する。これにより、研削装置は、被加工物を効率よく研削することができる。
被加工物を研削する際、被加工物の厚さが測定される。このために、たとえば、被加工物にプローブを接触させて該被加工物の厚さを測定する接触式厚さ測定器が使用される（たとえば、特許文献１および２参照）。

特開２０００－００６０１８号公報特開２００１－００９７１６号公報

しかしながら、接触式厚さ測定器による厚さ測定では、被加工物に接触痕が残る。昨今のデバイスの顕著な薄型化に応じて、ウェーハ等の被加工物は一層薄く加工されているため、接触痕による被加工物の抗折強度の低下が懸念される。

また、このような被加工物の抗折強度の低下を抑制するため、非接触式厚さ測定器を用いることが考えられる。この測定器では、被加工物の上面に向けて、測定光が照射される。照射された測定光の一部は、該被加工物の上面で反射されて上面反射光となる一方、測定光の他の一部は、該被加工物を透過して該被加工物の下面で反射されて、下面反射光となる。測定器は、上面反射光と下面反射光とを受光し、両反射光の受光時間の差に基づいて、該被加工物の厚さを算出する。しかし、このような非接触式厚さ測定器では、測定可能な厚さに限界がある。
本発明の目的は、被加工物の厚さを、非接触で、広い範囲にわたって厚さ制御することにある。

本発明の研削装置（本研削装置）は、格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された領域にデバイスが形成された表面を有する被加工物が所望の厚さを有するように、該被加工物の裏面を研削砥石によって研削する研削装置であって、該被加工物の該表面に貼着された表面保護部材を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルを回転させる鉛直方向に延びる第１の回転軸とを備える保持手段と、該保持面と直交する第２の回転軸と、研削水の供給を受けながら該第２の回転軸によって回転されて該被加工物の該裏面を研削する研削砥石と、を備える研削手段と、該研削手段と該保持手段とが相対的に接近及び離反する方向である研削送り方向に沿って、該研削手段を研削送りする研削送り手段と、互いに対向するように配置された発光素子および受光素子を備え、該研削砥石の先端位置を検出する研削砥石検出手段と、先端に該研削砥石検出手段が取り付けられており該研削送り方向に移動可能な移動軸を備え、該研削砥石検出手段の検出位置を該被加工物の仕上げ厚さに対応する位置に移動する検出器位置調整手段と、を備え、該研削砥石検出手段が該研削砥石の先端を検出した時点で研削を終了することを特徴とする。
本研削装置では、該研削砥石検出手段は、透過センサであってもよい。

本研削装置では、被加工物の厚さが研削砥石の先端位置に対応していることを利用して、被加工物が所望の厚さとなったことを、研削砥石の先端位置を検出することにより検知している。したがって、本研削装置では、被加工物の厚さを直接的に測定することなく、被加工物を所望の厚さとすることが可能である。

このように、本研削装置では、被加工物に、厚さ測定のためのプローブを接触させる必要がないので、接触跡による被加工物の抗折強度の低下を回避することができる。また、被加工物を透過する測定光を用いる必要もないので、被加工物を、任意の厚さとすることが可能である。したがって、本研削装置では、被加工物の厚さを、非接触で、広い範囲にわたって制御することができる。

また、研削砥石検出手段として透過センサを用いることにより、研削砥石検出手段を容易に実現することができる。

本発明の一実施形態にかかる研削装置によって加工される被加工物の一例であるウェーハを示す斜視図である。表面保護テープを備えたウェーハを示す断面図である。本発明の一実施形態にかかる研削装置を示す斜視図である。図２に示した研削装置における研削ホイールの近傍の構成を示す断面図である。図２に示した研削装置における検出装置を示す断面図である。

まず、本実施形態にかかる研削装置によって加工される被加工物について説明する。図１に示すように、被加工物の一例であるウェーハ１は、たとえば、円板状のシリコン基板である。ウェーハ１の表面２には、デバイス領域５および外周余剰領域６が形成されている。表面２のデバイス領域５では、格子状に形成された複数の分割予定ライン３によって区画された領域のそれぞれに、デバイス４が形成されている。外周余剰領域６は、デバイス領域５を取り囲んでいる。

ウェーハ１の裏面８は、デバイス４を有しておらず、研削砥石などによって研削される被研削面となっている。ウェーハ１の外周縁７には、ウェーハ１の結晶方位を示すノッチ９が設けられている。

さらに、ウェーハ１の表面２に、表面保護部材としての表面保護テープ１０が貼着される。これにより、デバイス４が形成されたデバイス領域５が、表面保護テープ１０によって覆われる。表面保護テープ１０は、ウェーハ１の表面２に形成されたデバイス４を保護する。

次に、本実施形態にかかる研削装置の構成について説明する。図３に示すように、本実施形態にかかる研削装置１２は、直方体状の基台１４、上方に延びる支持柱１３、研削水を供給する研削水供給源４６、および、研削装置１２の各部材を制御する制御部７１を備えている。

基台１４の上面前側には、チャックテーブル１８を含む保持手段１５、保持手段１５をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構（図示せず）、および、Ｘ軸移動機構を覆う防水カバーＣが配置される。

保持手段１５は、ウェーハ１（図１および２参照）を保持するチャックテーブル１８、チャックテーブル１８を回転させる回転シャフト１８ａ（図４参照）、および、チャックテーブル１８を保持するＸ軸移動テーブル１７を含んでいる。Ｘ軸移動テーブル１７は、その上面にチャックテーブル１８が配置されており、チャックテーブル１８とともに、Ｘ軸移動機構により、Ｘ軸に沿って移動する。本実施形態では、Ｘ軸移動テーブル１７およびチャックテーブル１８は、ウェーハ１が搬入および搬出される前方の搬入出位置と、ウェーハ１が研削される後方の研削位置との間を移動する。

チャックテーブル１８は、図４に示す回転シャフト１８ａによって回転される。回転シャフト１８ａは、モータ等の回転駆動源（図示せず）と連結されており、Ｚ軸方向（鉛直方向）に延びている。回転シャフト１８ａは、第１の回転軸の一例に相当する。
チャックテーブル１８は、その上面中央に、ウェーハ１を吸引保持する保持面１９を有している。保持面１９は、図示しない吸引源に連通されており、図４に示すように、ウェーハ１の裏面８が露出するように、ウェーハ１の表面保護テープ１０を吸引保持する。

支持柱１３は、図３に示すように、基台１４の後部に立設されている。支持柱１３の前面には、ウェーハ１を研削する研削手段２６、および、研削手段２６を研削送り方向であるＺ軸方向に移動させる研削送り手段１６が設けられている。研削送り方向は、研削手段２６と保持手段１５とが相対的に接近及び離反する方向である。

研削送り手段１６は、Ｚ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール２１、このＺ軸ガイドレール２１上をスライドするＺ軸移動テーブル２０、Ｚ軸ガイドレール２１と平行なＺ軸ボールネジ２２、および、Ｚ軸ボールネジ２２に接続されているナット部（図示せず）およびＺ軸パルスモータ２４を備えている。

Ｚ軸移動テーブル２０は、Ｚ軸ガイドレール２１にスライド可能に設置されている。図示しないナット部が、Ｚ軸移動テーブル２０の後面側（裏面側）に固定されている。このナット部には、Ｚ軸ボールネジ２２が螺合されている。Ｚ軸パルスモータ２４は、Ｚ軸ボールネジ２２の一端部に連結されている。

研削送り手段１６では、Ｚ軸パルスモータ２４がＺ軸ボールネジ２２を回転させることにより、Ｚ軸移動テーブル２０が、Ｚ軸ガイドレール２１に沿って、Ｚ軸方向に移動する。

研削手段２６は、Ｚ軸移動テーブル２０の前面（表面）に取り付けられている。研削手段２６は、研削送り手段１６のＺ軸移動テーブル２０に固定された支持構造２８、支持構造２８に固定されたスピンドルハウジング３０、スピンドルハウジング３０に保持されたスピンドル３２、スピンドル３２の下端に取り付けられたホイールマウント３４、および、ホイールマウント３４に支持された研削ホイール３６を備えている。研削手段２６は、研削ホイール３６を回転可能に支持する。

支持構造２８は、研削手段２６の他の部材を支持した状態で、研削送り手段１６のＺ軸移動テーブル２０に取り付けられている。スピンドルハウジング３０は、Ｚ軸方向に延びるように支持構造２８に保持されている。スピンドル３２は、保持面１９と直交するようにＺ軸方向に延び、スピンドルハウジング３０に回転可能に支持されている。スピンドル３２は、第２の回転軸の一例に相当する。
スピンドル３２の上端側には、モータ等の回転駆動源（図示せず）が連結されている。この回転駆動源により、スピンドル３２は、Ｚ軸方向に延びる回転軸心の周りに回転する。

ホイールマウント３４は、円盤状に形成されており、スピンドル３２の下端（先端）に固定されている。図４に示すように、ホイールマウント３４は、スピンドル装着面３４ａを有している。スピンドル３２は、スピンドル装着面３４ａを介して、ホイールマウント３４の中心に連結される。
さらに、ホイールマウント３４は、スピンドル装着面３４ａの反対面であるホイール装着面３４ｂを介して、研削ホイール３６を支持する。

研削ホイール３６は、ホイールマウント３４と略同径を有するように形成されている。図４に示すように、研削ホイール３６は、ステンレス等の金属材料から形成された円環状のホイール基台（環状基台）３８を含む。ホイール基台３８の下面には、全周にわたって、環状に配置された複数の研削砥石４０が固定されている。研削砥石４０は、チャックテーブル１８に保持されたウェーハ１を研削する。

なお、研削装置１２は、ウェーハ１の裏面８および研削砥石４０に研削水を供給するための、研削水供給システムを備えている。図３に示すように、研削水供給システムは、研削装置１２の水源である研削水供給源４６、研削水供給源４６から延びる供給管４２、および、スピンドル３２およびホイールマウント３４内に形成された流路（図示せず）を備えている。

研削水は、これらを介して、ウェーハ１の裏面８と研削砥石４０とが接触する箇所に供給される。このようにして、研削砥石４０は、研削水の供給を受けながらスピンドル３２によって回転されて、ウェーハ１の裏面８を研削する。

また、研削装置１２は、図４に示すように検出装置５０を備えており、検出装置５０は、研削砥石４０の先端位置を検出する研削砥石検出手段５１、および、研削砥石検出手段５１を移動させる検出器位置調整手段５３を備えている。

研削砥石検出手段５１は、透過センサであり、上部が開口されたコの字形状の断面を有している。研削砥石検出手段５１は、図５に示すように、第１センサ柱６１および第２センサ柱６３を備えている。第１センサ柱６１と第２センサ柱６３とは、互いに対向した状態で、Ｚ軸方向に沿って延びている。そして、第１センサ柱６１には発光素子６５が備えられている一方、第２センサ柱６３には、受光素子６７が備えられている。

発光素子６５と受光素子６７とは、Ｘ軸方向に沿って互いに対向するように配置されている。発光素子６５は、受光素子６７に向けて測定光Ｌを照射する。受光素子６７は、光電変換素子（図示せず）を備えており、発光素子６５からの測定光Ｌを受光可能に構成されている。

すなわち、透過センサである研削砥石検出手段５１では、発光素子６５と受光素子６７との間が検出位置であり、これらの間に物体が配されると、測定光Ｌが遮断され、受光素子６７によって受光される測定光Ｌの光量が減少する。その結果、受光素子６７に内蔵された光電変換素子の電気的特性が変化する。受光素子６７は、この変化を検出したときに、検出信号を送信する。

検出器位置調整手段５３は、いわゆる電動シリンダであり、ハウジング５７、および、ハウジング５７内に配されたロッド５５を備えている。
移動軸であるロッド５５は、ハウジング５７内に、Ｚ軸方向に沿って移動可能に設けられている。ロッド５５の先端には、研削砥石検出手段５１が取り付けられている。

ハウジング５７は、研削装置１２における研削手段２６の下方に固定されている。具体的には、ハウジング５７は、研削砥石検出手段５１の発光素子６５と受光素子６７との間の上方に、ロッド５５に取り付けられた研削手段２６の研削砥石４０が位置するように、研削手段２６の下方に配置されている。

このような構成を有する検出器位置調整手段５３は、ロッド５５を移動させることにより、研削砥石検出手段５１におけるＺ方向の位置を調整する。具体的には、検出器位置調整手段５３は、研削砥石検出手段５１の検出位置を、ウェーハ１の仕上げ厚さに対応する位置に移動する。

制御部７１は、各種の処理を実行し、研削装置１２の各構成要素を統括制御する。たとえば、制御部７１は、保持手段１５、研削送り手段１６および研削手段２６を制御して、ウェーハ１に対する研削加工を実施する。さらに、制御部７１は、検出器位置調整手段５３を制御して、研削砥石検出手段５１の位置を調整する。さらに、制御部７１は、研削砥石検出手段５１の受光素子６７からの検出信号を受信して、この検出信号に基づいた制御を実施する。

ここで、上記のような構成を有する研削装置１２における研削加工について説明する。
まず、搬入出位置において、ウェーハ１が、図４に示したチャックテーブル１８の保持面１９に載置される。そして、図示しない吸引源により生み出される吸引力が保持面１９に伝達されることにより、保持面１９が、ウェーハ１の裏面８が露出するように、ウェーハ１の表面保護テープ１０を吸引保持する。

その後、制御部７１が、Ｘ軸移動機構によって、チャックテーブル１８を保持するＸ軸移動テーブル１７を、研削手段２６の下の研削位置まで、Ｘ軸方向に沿って移動させる。そして、制御部７１は、研削手段２６の研削ホイール３６とチャックテーブル１８に保持されたウェーハ１との、Ｘ軸方向における位置合わせを実施する。この位置合わせは、たとえば、研削ホイール３６の回転中心がウェーハ１（チャックテーブル１８）の回転中心に対して所定の距離だけずれて、研削砥石４０の回転軌跡がウェーハ１の回転中心を通るように行われる。なお、保持面１９が、研削砥石４０の下面である研削面と平行になるように、チャックテーブル１８の傾きがあらかじめ調整されている。これにより、ウェーハ１の裏面８が、研削砥石４０の研削面と平行になる。

研削ホイール３６とウェーハ１との位置合わせが行われた後、制御部７１からの指示に基づいて、検出器位置調整手段５３が、ロッド５５を移動させることにより、研削砥石検出手段５１におけるＺ方向の位置を調整する。この調整では、研削砥石検出手段５１の位置がＺ軸方向に沿って移動されることにより、研削砥石検出手段５１の検出位置が、ウェーハ１における所望の仕上げ厚さ（研削後の厚さ）に対応する位置、すなわち、ウェーハ１における研削後の裏面８の高さに対応する位置とされる。

研削ホイール３６とウェーハ１との位置合わせ、および、研削砥石検出手段５１の位置調整が行われた後、制御部７１は、図示しない回転駆動源によりスピンドル３２を矢印Ａ方向に回転駆動し、これに伴って、研削ホイール３６も矢印Ａ方向に回転する。また、制御部７１は、図示しない回転駆動源により回転シャフト１８ａを矢印Ａ方向に回転駆動し、これに伴って、ウェーハ１を保持したチャックテーブル１８も、矢印Ａ方向に回転する。

その後、制御部７１は、研削送り手段１６により、所定の待機位置にある研削手段２６を下方に送り、これに伴って研削ホイール３６も降下する。そして、研削砥石４０がウェーハ１の裏面８に当接することで、研削加工が行われる。研削装置１２では、研削砥石４０およびウェーハ１の双方が回転するので、研削砥石４０が、ウェーハ１の全面を研削加工することができる。
また、研削装置１２では、研削加工の際、制御部７１は、上記の研削水供給システムによって、ウェーハ１の裏面８と研削砥石４０とが接触する箇所に、研削水を供給する。

また、研削ホイール３６およびチャックテーブル１８の回転の開始とともに、制御部７１の制御により、研削砥石検出手段５１における発光素子６５から受光素子６７に向けて、測定光Ｌが照射される。

研削加工が進むにつれて、ウェーハ１は徐々に薄くなり、研削砥石４０の先端が少しずつ下降してゆく。そして、研削砥石４０の先端が、研削砥石検出手段５１の検出位置である発光素子６５と受光素子６７との間に到達すると、研削砥石４０が、発光素子６５から照射されている測定光Ｌを遮断する。すなわち、研削砥石検出手段５１が、研削砥石４０の先端を検出する。これに伴い、受光素子６７は、制御部７１に、検出信号を送信する。

検出信号を受信した制御部７１は、ウェーハ１が所望の厚さとなったと判断し、研削加工を終了する。すなわち、制御部７１は、研削手段２６におけるスピンドル３２、および、保持手段１５の回転シャフト１８ａの回転を停止する。さらに、制御部７１は、研削手段２６を、研削送り手段１６によって上方に送り、所定の待機位置に配置する。

以上のように、研削装置１２では、ウェーハ１の厚さが研削砥石４０の先端位置に対応していることを利用して、ウェーハ１が所望の厚さとなったことを、研削砥石４０の先端位置を検出することにより検知している。したがって、研削装置１２では、ウェーハ１の厚さを直接的に測定することなく、ウェーハ１を所望の厚さとすることが可能である。

このため、研削装置１２では、ウェーハ１に、厚さ測定のためのプローブを接触させる必要がないので、接触跡によるウェーハ１の抗折強度の低下を抑制することができる。
また、ウェーハ１を透過する測定光を用いる必要もないので、ウェーハ１の厚さを、任意の厚さとすることが可能である。すなわち、従来の非接触式厚さ測定器では厚さを測定できないような薄いウェーハであっても、その厚さを制御することができる。
このように、研削装置１２では、ウェーハ１の厚さを、非接触で、広い範囲にわたって制御することができる。
また、研削装置１２では、研削砥石検出手段５１として、透過センサを用いている。これにより、研削砥石検出手段５１を容易に実現することができる。

なお、研削砥石検出手段５１の位置調整を容易にするために、研削砥石検出手段５１の検出位置とウェーハ１の仕上げ厚さとの関係を示すテーブルを、事前に作成し、制御部７１によって参照可能なメモリに記憶しておいてもよい。この構成では、制御部７１は、たとえば、ユーザによって設定されたウェーハ１の仕上げ厚さに応じて、テーブルを参照して研削砥石検出手段５１の適切な検出位置を取得し、これに基づいて検出器位置調整手段５３を制御してもよい。

また、本実施形態では、１枚のウェーハを研削加工する例について示している。これに限らず、研削装置１２は、チャックテーブル１８の保持面において複数枚のウェーハを保持してそれらのウェーハを並行して研削してもよい。この構成では、１つのチャックテーブルが複数枚のウェーハを吸着した状態で回転するため、従来使用していた接触式厚さ測定器及び非接触式厚さ測定器を用いると、ウェーハが存在する部分及びウェーハが存在しない部分の両方の高さを測定することになる。このため、高さ測定値が頻繁に変化し、ウェーハの厚さを正確に計測することが困難であるという問題が生じていた。特に、接触式厚さ測定器を用いた場合は、測定用のゲージがウェーハの外周部に接触してウェーハを損傷させるおそれがあった。
一方、このような場合（多枚貼りの場合）、上記のような問題が生じないようにするためには、研削手段を上方の待機位置にいったん戻してからウェーハの厚さを測定するポストプロセスを実施する必要があった。

しかしながら、研削装置１２では、複数のウェーハがチャックテーブル１８において保持されている場合でも、研削砥石検出手段５１を用いることにより、チャックテーブル１８上のウェーハ１の厚さを直接的に測定することなく、複数枚のウェーハが所望の厚さとなったことを検知することが可能である。このため、ポストプロセスを実施することなく、複数のウェーハに対する研削加工を実施することができる。

１：ウェーハ、２：表面、３：分割予定ライン、４：デバイス、８：裏面、
１０：表面保護テープ、
１２：研削装置、
１５：保持手段、１８：チャックテーブル、１８ａ：回転シャフト、
１９：保持面、
１６：研削送り手段、
２６：研削手段、３０：スピンドルハウジング、３２：スピンドル、
３４：ホイールマウント、３６：研削ホイール、
３８：ホイール基台、４０：研削砥石、
５０：検出装置、
５３：検出器位置調整手段、５５：ロッド、５７：ハウジング、
５１：研削砥石検出手段、６５：発光素子、６７：受光素子、
７１：制御部

Claims

格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された領域にデバイスが形成された表面を有する被加工物が所望の厚さを有するように、該被加工物の裏面を研削砥石によって研削する研削装置であって、
該被加工物の該表面に貼着された表面保護部材を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルを回転させる鉛直方向に延びる第１の回転軸とを備える保持手段と、
該保持面と直交する第２の回転軸と、研削水の供給を受けながら該第２の回転軸によって回転されて該被加工物の該裏面を研削する研削砥石と、を備える研削手段と、
該研削手段と該保持手段とが相対的に接近及び離反する方向である研削送り方向に沿って、該研削手段を研削送りする研削送り手段と、
互いに対向するように配置された発光素子および受光素子を備え、該研削砥石の先端位置を検出する研削砥石検出手段と、
先端に該研削砥石検出手段が取り付けられており該研削送り方向に移動可能な移動軸を備え、該研削砥石検出手段の検出位置を該被加工物の仕上げ厚さに対応する位置に移動する検出器位置調整手段と、を備え、
該研削砥石検出手段が該研削砥石の先端を検出した時点で研削を終了することを特徴とする研削装置。
該研削砥石検出手段は、透過センサであることを特徴とする請求項１記載の研削装置。