JP7388893B2

JP7388893B2 - ウェーハの研削方法

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Publication number: JP7388893B2
Application number: JP2019213177A
Authority: JP
Inventors: 真也渡辺; 雄貴井上
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2023-11-29
Anticipated expiration: 2039-11-26
Also published as: JP2021084146A

Description

本発明は、ウェーハの研削方法に関する。

研削砥石を用いてウェーハを研削する研削装置は、略円錐状の保持面にウェーハを保持するチャックテーブルと、該研削砥石を環状に配置した研削ホイールを回転させ該保持面に保持されたウェーハの上面を研削砥石で研削する研削手段と、該研削手段を該保持面に垂直な上下方向に移動させる上下移動手段と、を備えている。
研削加工は、保持面に保持されたウェーハの中心から外周までの半径エリアにおいて円弧の研削領域に研削砥石を押し付けている。そのため、研削領域に研削荷重が加わったときと研削荷重がかかっていないときとでは、保持面に対する研削砥石の下面の平行度が異なるため、研削されたウェーハは、中央が削られ過ぎ断面がＶ字形の厚み傾向になってしまう。

その対策として、特許文献１に開示のように、研削されるウェーハを仕上げ厚みに達しない厚みに仮研削して、仮研削したウェーハの厚みを測定して、断面の形状を認識して、仕上げ厚みまで研削したときに、ウェーハが均等な厚みになるように、研削砥石の下面に対する保持面の傾きを調整している。

特開２０１３－１１９１２３号公報

しかし、仮研削時の研削量と、仮研削後の厚みから仕上げ厚みまでの研削量とが異なっていると、仮研削後に保持面の傾きを調整した後、仕上げ厚みまで研削したウェーハが均等な厚みにならないという問題がある。
したがって、ウェーハを研削する研削方法には、ウェーハを均等な厚みに研削するという解決すべき課題がある。

本発明は、保持手段の保持面に保持され該保持面の中心を軸に回転するウェーハを研削砥石を用いて均等な所定の厚みに研削するウェーハの研削方法であって、該保持面にウェーハを保持する保持工程と、該保持面に保持された研削前のウェーハの厚みを測定する厚み測定工程と、該厚み測定工程において測定されたウェーハの研削前厚みと、予め設定されている仕上げ厚みとの差を研削総量として算出する総量算出工程と、該総量算出工程において算出された該研削総量の半分の半分研削量だけ、該保持面に保持されたウェーハを研削する仮研削工程と、該仮研削工程において研削されたウェーハの厚みをウェーハの中心と、ウェーハの外周と、ウェーハの中心と外周との中点と、の少なくとも３箇所の厚みを測定する測定工程と、該測定工程で測定した少なくとも３箇所の厚みが同じ値になるように該研削砥石の下面に対する該保持面の傾きを調整する傾き調整工程と、該傾き調整された該保持面に保持され、かつ仮研削されたウェーハを、該仕上げ厚みまで研削する仕上げ研削工程と、を備え、該仮研削工程における研削量と該仕上げ研削工程における研削量とを同じにすることによって、該傾き調整工程の前後でウェーハにかかる研削荷重を同じにして、ウェーハを研削するウェーハの研削方法である。

本研削方法においては、仮研削と仕上げ研削とにおけるウェーハの研削量が同じであるため、加工点における温度、負荷、研削砥石の磨耗などが同じになり、その結果、均等な厚みのウェーハの製造が可能になる。

研削装置の全体を表す斜視図である。傾き調整手段を備える研削装置を側方から見た断面図である。ウェーハを保持面に保持する様子を側方から見た断面図である。ウェーハの研削前厚みを測定する様子を側方から見た断面図である。ウェーハの仮研削を行う様子を側方から見た断面図である。仮研削後のウェーハの厚みを測定する様子を側方から見た断面図である。保持面の傾きを調整して、ウェーハの仕上げ研削を行う様子を側方から見た断面図である。

１研削装置
図１に示す研削装置１は、ウェーハＷを研削する研削装置である。ウェーハＷの下面Ｗｂには保護テープＴが貼着されている。
図１に示すように研削装置１は、Ｙ軸方向に延設されたベース１０と、ベース１０の上における＋Ｙ方向側に立設されたコラム１１とを備えている。

ベース１０の上には、保持手段２が配設されている。保持手段２は円板状の吸引部２０と吸引部２０を支持する環状の枠体２１とを備えている。
吸引部２０には多数の細孔が形成されており、吸引部２０の上面はウェーハＷが保持される保持面２０ａとなっている。枠体２１の上面２１ａと保持面２０ａとは、面一に形成されている。

保持面２０ａには吸引手段２７が接続されている。保持面２０ａにウェーハＷが載置されている状態で、吸引手段２７を用いて吸引力を発揮させると、生み出された吸引力が上記の多数の細孔を通じて保持面２０ａに伝達されて、保持面２０ａにウェーハＷが吸引保持されることとなる。

保持手段２は、図示しない水平移動手段に接続されている。保持手段２は、図示しない水平移動手段によって、Ｙ軸方向に往復移動することができる。

保持手段２の周囲には、カバー２８及びカバー２８に伸縮自在に連結された蛇腹２９が配設されている。例えば、図示しない水平移動手段に駆動されて保持手段２がＹ軸方向に移動すると、カバー２８が保持手段２とともにＹ軸方向に移動して蛇腹２９が伸縮することとなる。

ベース１０の上における保持手段２の移動経路の－Ｘ方向側には、接触式厚み測定手段１００が配設されている。接触式厚み測定手段１００は、例えば研削装置１のベース１０の上の－Ｘ方向側に配設された筐体１０３を備えている。筐体１０３の側面には、保持面ハイトゲージ１０１及び上面ハイトゲージ１０２が配設されている。

保持面ハイトゲージ１０１は第１接触子１０１ａを備えている。保持面ハイトゲージ１０１の第１接触子１０１ａを枠体２１の上面２１ａの上に接触させることにより、枠体２１の上面２１ａに面一な吸引部２０の保持面２０ａの高さを測定することができる。
上面ハイトゲージ１０２は第２接触子１０２ａを備えている。例えば保持面２０ａにウェーハＷが保持されている状態で、上面ハイトゲージ１０２の第２接触子１０２ａをウェーハＷの上面Ｗａに接触させることにより、ウェーハＷの上面Ｗａの高さを測定することができる。

筐体１０３の内部には、例えばＣＰＵ、メモリ等を有する図示しない算出手段が配設されている。
ウェーハＷの上面Ｗａの高さ及び保持面２０ａの高さは、それぞれ電気信号として該算出手段に伝達された後、該算出手段において両高さが差し引かれて、ウェーハＷと保護テープＴとの合計の厚みが算出されることとなる。
また、該算出手段には、予めウェーハＷに貼着されている保護テープＴの厚みの値が記憶されており、該算出手段においてウェーハＷと保護テープＴとの合計厚みが算出されると、算出されたウェーハＷと保護テープＴとの合計の厚みから保護テープＴの厚みが差し引かれてウェーハＷの厚みが算出される構成となっている。

ベース１０の上における保持手段２の移動経路の＋Ｘ方向側には、非接触式厚み測定手段７が配設されている。非接触式厚み測定手段７は、ベース１０の上に立設された軸部７０と、軸部７０に連結され軸部７０に対して略垂直に伸ばして配設されたアーム部７１と、アーム部７１の軸部７０に連結されていない側の端部に配設されたセンサ７２とを備えている。

軸部７０は、例えばその内部に配設されている図示しないモータ等により駆動されて、Ｚ軸方向の回転軸７５を軸にして回転可能となっている。軸部７０が回転軸７５を軸にして回転すると、軸部７０に連結されているアーム部７１及びアーム部７１に配設されているセンサ７２が、回転軸７５を軸にして回転することとなる。

センサ７２の内部には、例えば図示しないレーザー発振器が設けられており、－Ｚ方向に向けてレーザービームを照射することができる。また、センサ７２は、光を受光し、また、受光された光に基づいてウェーハＷの厚みを測定する機能を有している。
例えば、保持面２０ａの上にウェーハＷを吸引保持している保持手段２が、センサ７２の下方に位置付けられている状態で、センサ７２からウェーハＷの上面Ｗａに向けてレーザービームを照射することにより、ウェーハＷの上面Ｗａにおいて反射する光とウェーハＷの内部を貫通してウェーハＷと保護テープＴとの界面において反射する光との干渉光をセンサ７２に受光して、ウェーハＷの厚みを測定することができる。
なお、ウェーハＷの厚みの測定は、非接触式厚み測定手段７だけでも行うことができる。

接触式厚み測定手段１００と非接触式厚み測定手段７とは、図１に示した位置と逆の位置に配設されていてもよい。すなわち、接触式厚み測定手段１００が、ベース１０の上における保持手段２の移動経路の＋Ｘ方向側に、非接触式厚み測定手段７が、ベース１０の上における保持手段２の移動経路の－Ｘ方向側にそれぞれ配設されていてもよい。

研削装置１には、ＣＰＵ、メモリ等を有する研削量算出手段８が配設されている。研削量算出手段８には、予め所望の仕上げ厚みが記憶されている。研削量算出手段８は、ウェーハＷの研削前に算出された研削前厚みと該仕上げ厚みとの差を算出する機能を有している。

コラム１１の－Ｙ方向側の側面には、研削手段３を昇降可能に支持する研削送り手段４が配設されている。研削手段３は、Ｚ軸方向の回転軸３５を有するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転可能に支持するハウジング３１と、回転軸３５を軸にしてスピンドル３０を回転駆動するスピンドルモータ３２と、スピンドル３０の下端に接続された円環状のマウント３３と、マウント３３の下面に着脱可能に装着された研削ホイール３４とを備えている。
研削ホイール３４は、ホイール基台３４１と、ホイール基台３４１の下面に環状に配列された略直方体形状の複数の研削砥石３４０とを備えており、研削砥石３４０の下面３４０ａはウェーハＷを研削する研削面となっている。

研削送り手段４は、Ｚ軸方向の回転軸４５を有するボールネジ４０と、ボールネジ４０に対して平行に配設された一対のガイドレール４１と、回転軸４５を軸にしてボールネジ４０を回転させるＺ軸モータ４２と、内部のナットがボールネジ４０に螺合して側部がガイドレール４１に摺接する昇降板４３と、昇降板４３に連結され研削手段３を支持するホルダ４４とを備えている。

Ｚ軸モータ４２によってボールネジ４０が駆動されて、ボールネジ４０が回転軸４５を軸にして回転すると、これに伴って、昇降板４３がガイドレール４１に案内されながらＺ軸方向に昇降移動するとともに、ホルダ４４に保持されている研削手段３がＺ軸方向に移動することとなる。

図２に示すように、保持手段２の下方には、保持手段２を支持するテーブル基台２３と、テーブル基台２３を回転可能に支持する支持部２４とが配設されている。
支持部２４は、プーリ機構を有する回転手段２２に連結されている。回転手段２２は、Ｚ軸方向の軸心を有するモータ２２０と、支持部２４及びモータ２２０に巻回されてモータ２２０と支持部２４とを連結する伝動ベルト２２１と、を備えている。
モータ２２０が作動すると、モータ２２０の回転力が伝動ベルト２２１によって支持部２４に伝達されて、支持部２４が回転軸２５を軸にして回転する。これにより、支持部２４にテーブル基台２３を介して連結されている保持手段２がＺ軸方向の回転軸２５を軸にして回転することとなる。

研削装置１は、研削砥石３４０の下面３４０ａに対する保持面２０ａの傾きを調整する傾き調整手段６を備えている。傾き調整手段６は、保持手段２の下方に備えた内部ベース１２に対して高さ方向に向けて貫通形成されている貫通孔１２０に貫通するシャフト６１と、内部ベース１２の上に固定された固定支持柱６２と、シャフト６１及び固定支持柱６２に支持された環状部材６４とを備えている。

シャフト６１には、雄ネジ６１ａが形成されている。環状部材６４には、貫通孔６４０が環状部材６４の高さ方向（Ｚ軸方向）に向かって貫通形成されており、貫通孔６４０には、シャフト６１の雄ネジ６１ａに対応する形状の雌ネジ６４ｂが形成されている。
シャフト６１は、その雄ネジ６１ａが環状部材６４の雌ネジ６４ｂに螺合して、第２環状部材６４を支持している。
また、固定支持柱６２は、環状部材６４の下面に固定されている。

傾き調整手段６は、シャフト６１を回転させる駆動部６８を備えている。例えば、駆動部６８に備える図示しないモータ等を用いてシャフト６１を回転駆動させることにより、シャフト６１の雄ネジ６１ａが環状部材６４の雌ネジ６４ｂに螺合しながら、環状部材６４にテーブル基台２３を介して支持されている保持手段２の＋Ｙ方向側が昇降移動して、保持面２０ａの傾きが調整されることとなる。

傾き調整手段６は、駆動部６８の上に配設され、かつ内部ベース１２の下面１２ａに固定されたストッパー６７を備えている。ストッパー６７には、貫通孔６７０が形成されており、貫通孔６７０にはシャフト６１が貫通している。シャフト６１は、ストッパー６７によりその上昇可能な高さが制限されている。

２ウェーハの研削方法
（１）保持工程
上記の研削装置１を用いたウェーハＷの研削方法について、以下に説明する。
まず、図３に示すように、保持手段２の保持面２０ａにウェーハＷをその上面Ｗａを上側に向けて載置する。このとき、ウェーハＷの下面Ｗｂに貼着されている保護テープＴが保持面２０ａに接触される。
保持面２０ａにウェーハＷが載置されている状態で、吸引手段２７を作動させて吸引力を発揮させることにより、生み出された吸引力が保持面２０ａに伝達されて、ウェーハＷが保持面２０ａに吸引保持される。

（２）厚み測定工程
ウェーハＷを保持面２０ａに吸引保持した後、図４に示すように非接触式厚み測定手段７を用いてウェーハＷの研削前厚みＤｉを測定する。なお、測定位置は任意である。
接触式厚み測定手段１００を用いてウェーハＷの研削前厚みＤｉを測定してもよい。

（３）総量算出工程
次に、図５に示すように、研削量算出手段８を用いて、上記の厚み測定工程において測定されたウェーハＷの研削前厚みＤｉと、予め研削量算出手段８に設定されている仕上げ厚みＤｆとの差を研削総量Ｇ１として算出する。

（４）仮研削工程
そして、上記の総量算出工程において算出された研削総量Ｇ１の半分の研削量である半分研削量Ｇ２だけ、保持面２０ａに保持されているウェーハＷを研削する。
具体的には、まず、保持面２０ａにウェーハＷが保持されている状態で、図示しない水平移動手段を用いて保持手段２を＋Ｙ方向に移動させて、研削砥石３４０の下面３４０ａの外周がウェーハＷの中心Ｗｏを通るように位置合わせをする。

次いで、回転手段２２を用いて、回転軸２５を軸にして保持手段２を回転させることによって、回転軸２５を軸にして保持面２０ａに保持されているウェーハＷを回転させる。また、スピンドルモータ３２を用いて、回転軸３５を軸にしてスピンドル３０及びスピンドル３０にホイール基台３４１を介して連結されている研削砥石３４０を回転させる。

保持面２０ａに保持されているウェーハＷが回転軸２５を軸にして回転しており、かつ、研削砥石３４０が回転軸３５を軸にして回転している状態で、研削送り手段４を用いて研削砥石３４０を－Ｚ方向に下降させて、研削砥石３４０の下面３４０ａをウェーハＷの上面Ｗａに接触させる。
ウェーハＷの上面Ｗａに研削砥石３４０の下面３４０ａが接触している状態で、さらに研削砥石３４０を半分研削量Ｇ２にあたる高さだけ－Ｚ方向に下降させることにより、ウェーハＷが仮研削される。

（５）測定工程
ウェーハＷを仮研削した後、図６に示すように、研削送り手段４を用いて研削砥石３４０を＋Ｚ方向に移動させて、ウェーハＷの上面Ｗａから離間させる。
その後、非接触式厚み測定手段７を用いてウェーハＷの中心Ｗｏと、ウェーハＷの外周Ｗｅと、ウェーハＷの中心Ｗｏと外周Ｗｅとの中点Ｗｈとの少なくとも３箇所の厚みを測定する。

具体的には、まず、例えば、図１に示したアーム部７１及びアーム部７１に連結されているセンサ７２を、回転軸７５を軸にして旋回させることによって、図６に示すように、センサ７２をウェーハＷの中心Ｗｏの真上に位置付ける。
そして、センサ７２からウェーハＷの中心Ｗｏに向けてレーザービームを照射して、該レーザービームのうちウェーハＷの上面Ｗａにおいて反射された反射光と、ウェーハＷと保護テープＴとの界面において反射された反射光との干渉光をセンサ７２に受光する。これにより、ウェーハＷの中心Ｗｏの厚みが測定される。

次に、センサ７２をウェーハＷの中点Ｗｈに位置づけてウェーハＷの中点Ｗｈの厚みを測定する。例えば、仮研削工程において回転させられたウェーハＷが引き続き回転軸２５を軸にして回転している状態で、センサ７２からウェーハＷの中点Ｗｈを通る円周に向けてレーザービームを連続的又は断続的に照射して、ウェーハＷの上面Ｗａにおいて反射した反射光と、ウェーハＷと保護テープＴとの界面において反射した反射光との干渉光を、ウェーハＷの中点Ｗｈを通る円周の一周分測定する。これにより、ウェーハＷの中点Ｗｈを通る円周にあたる部分のうち複数の位置について、一周分の厚みが測定され、それらの厚みの平均値がウェーハＷの中点Ｗｈの厚みとして算出される。

さらに、同様にアーム部７１及びセンサ７２を旋回させて、センサ７２をウェーハＷの外周Ｗｅに位置づけてウェーハＷの外周Ｗｅの厚みを測定する。すなわち、回転軸２５を軸にして回転しているウェーハＷの外周Ｗｅを通る円周の一周分の厚みを測定して、それらの平均値をウェーハＷの外周Ｗｅの厚みとして算出する。

（６）傾き調整工程
図７に示すように、傾き調整手段６を用いて、研削砥石３４０の下面３４０ａに対する保持面２０ａの傾きを調整する。
例えば、上記の測定工程において測定されたウェーハＷの外周Ｗｅの厚みの方がその中心Ｗｏの厚みよりも大きい場合には、保持面２０ａの＋Ｙ方向側を－Ｙ方向側よりも上昇させる。一方、ウェーハＷの中心Ｗｏの厚みの方がその外周Ｗｅの厚みよりも大きい場合には、保持面２０ａの＋Ｙ方向側を－Ｙ方向側よりも下降させる。保持面２０ａの傾きの調整は、上記３箇所、すなわちウェーハＷの中心Ｗｏと、ウェーハＷの外周Ｗｅと、ウェーハＷの中心Ｗｏと外周Ｗｅとの中点Ｗｈとの少なくとも３箇所の厚みを非接触式厚み測定手段７によって測定しながら行い、当該３箇所の厚みが同じになるようにする。

（７）仕上げ研削工程
次に、傾き調整された保持面２０ａに吸引保持されており、かつ仮研削された状態のウェーハＷを、上記の測定工程において測定された少なくとも３箇所の厚み、すなわちウェーハＷの中心Ｗｏ、中点Ｗｈ、及び外周Ｗｅの厚みが同じ値になるように、仕上げ厚みＤｆまで仕上げ研削する。
具体的にはウェーハＷの仮研削と同様に、保持面２０ａに吸引保持されているウェーハＷが回転軸２５を軸にして回転しており、かつ、研削砥石３４０が回転軸３５を軸にして回転している状態で、研削送り手段４を用いて研削砥石３４０を－Ｚ方向に下降させて、研削砥石３４０の下面３４０ａをウェーハＷの上面Ｗａに接触させる。そして、ウェーハＷの上面Ｗａに研削砥石３４０の下面３４０ａが接触している状態で、半分研削量Ｇ２にあたる高さだけさらに研削砥石３４０を－Ｚ方向に下降させていき、ウェーハＷを仕上げ厚みＤｆに研削する。

例えば、ウェーハＷの外周Ｗｅの厚みの方がその中心Ｗｏの厚みよりも大きい場合には、上記の傾き調整工程において、保持面２０ａの＋Ｙ方向側が－Ｙ方向側よりも上に位置づけられるように傾き調整がされるため、仕上げ研削の際に、ウェーハＷの外周Ｗｅの方がその中心Ｗｏよりも研削砥石３４０の下面３４０ａにより多く接触して、より大きく研削される。
一方、ウェーハＷの中心Ｗｏの厚みの方がその外周Ｗｅの厚みよりも大きい場合には、上記の傾き調整工程において、保持面２０ａの＋Ｙ方向側が－Ｙ方向側よりも下に位置づけられるように傾き調整がされるため、仕上げ研削の際に、ウェーハＷの中心Ｗｏの方がその外周Ｗｅよりも研削砥石３４０の下面３４０ａにより多く接触して、より大きく研削される。

本研削方法においては、仮研削と仕上げ研削とにおけるウェーハＷの研削量（半分研削量Ｇ２）が同じであるため、加工点における温度、負荷、研削砥石３４０の磨耗などの条件が同じになり、その結果、均等な厚みのウェーハＷの製造が可能になる。

１：研削装置１０：ベース１１：コラム
１２：内部ベース１２ａ：内部ベースの下面１２０：貫通孔
２：保持手段２０：吸引部２０ａ：保持面２１：枠体２１ａ：枠体の上面
２２：回転手段２２０：モータ２２１：伝動ベルト
２３：テーブル基台２４：支持部２５：回転軸２７：吸引手段
２８：カバー２９：蛇腹３：研削手段３０：スピンドル３１：ハウジング
３２：スピンドルモータ３３：マウント３４：研削ホイール３４０：研削砥石
３４０ａ：研削砥石の下面３４１：ホイール基台３５：回転軸
４：研削送り手段４０：ボールネジ４１：ガイドレール４２：Ｚ軸モータ
４３：昇降板４４：ホルダ４５：回転軸
６：傾き調整手段６１：シャフト６１ａ：雄ネジ６２：固定支持柱
６４：環状部材６４ａ：連結部６４ｂ：雌ネジ６４０：貫通孔
６５：回転軸６７：ストッパー６７０：貫通孔６８：駆動部
７：非接触式厚み測定手段７０：軸部７１：アーム部７２：センサ
８：研削量算出手段１００：接触式厚み測定手段１０１：上面ハイトゲージ
１０１ａ：第１接触子１０２：保持面ハイトゲージ１０２ａ：第２接触子
１０３：筐体
Ｗ：ウェーハＷａ：ウェーハの上面Ｗｂ：ウェーハの下面Ｔ：保護テープ
Ｗｏ：ウェーハの中心Ｗｅ：ウェーハの外周Ｗｈ：ウェーハの中心と外周との中点
Ｄｉ：研削前厚みＤｈ：仮研削後の厚みＤｆ：仕上げ厚み
Ｇ１：研削総量Ｇ２：半分研削量

Claims

保持手段の保持面に保持され該保持面の中心を軸に回転するウェーハを研削砥石を用いて均等な所定の厚みに研削するウェーハの研削方法であって、
該保持面にウェーハを保持する保持工程と、
該保持面に保持された研削前のウェーハの厚みを測定する厚み測定工程と、
該厚み測定工程において測定されたウェーハの研削前厚みと、予め設定されている仕上げ厚みとの差を研削総量として算出する総量算出工程と、
該総量算出工程において算出された該研削総量の半分の半分研削量だけ、該保持面に保持されたウェーハを研削する仮研削工程と、
該仮研削工程において研削されたウェーハの厚みをウェーハの中心と、ウェーハの外周と、ウェーハの中心と外周との中点と、の少なくとも３箇所の厚みを測定する測定工程と、
該測定工程で測定した少なくとも３箇所の厚みが同じ値になるように該研削砥石の下面に対する該保持面の傾きを調整する傾き調整工程と、
該傾き調整された該保持面に保持され、かつ仮研削されたウェーハを、該仕上げ厚みまで研削する仕上げ研削工程と、
を備え、
該仮研削工程における研削量と該仕上げ研削工程における研削量とを同じにすることによって、該傾き調整工程の前後でウェーハにかかる研削荷重を同じにして、ウェーハを研削するウェーハの研削方法。