JP2012240186A

JP2012240186A - 研削方法

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Publication number: JP2012240186A
Application number: JP2011115732A
Authority: JP
Inventors: Yo Chin; 曄陳
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-12-10
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: JP5730127B2

Abstract

【課題】ウエーハに面焼け等の品質低下や破損を生じさせる恐れを低減可能な研削方法を提供する。
【解決手段】回転可能なチャックテーブル５４と、該チャックテーブルで保持された被加工物１１を研削する研削砥石３２を含む研削ホイール３０を回転可能に支持する研削手段と、該研削手段を研削送りする研削送り手段と、該研削砥石３２に超音波振動を付与する超音波生成手段と、を備えた研削装置で、被加工物１１を保持ステップと、該チャックテーブル５４を回転させつつ該超音波生成手段を作動させて該研削砥石３２に超音波振動を付与するとともに、該研削送り手段により該研削手段を研削送りして回転する該研削砥石３２を被加工物１１に削り込ませるステップと、該削り込みステップを実施した後、該超音波生成手段を停止させるとともに該研削送り手段により該研削手段を研削送りして被加工物１１を研削する研削ステップと、を具備する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研削する研削方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置（ダイシング装置）によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

ウエーハの裏面を研削する研削装置は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削砥石を有する研削ホイールを回転可能に支持する研削手段とを備えていて、ウエーハを高精度に所望の厚みに研削できる。

一般にウエーハを研削する際、加工時間を短縮するとともに高精度にウエーハを平坦化するために、粗い砥粒の粗研削砥石でウエーハを研削した後、細かい砥粒の仕上げ研削砥石でウエーハを研削し、所望の厚みへと薄化する。

特開２０１０−１４９２２２号公報

一般にシリコンウエーハやサファイアウエーハ等は表裏両面が鏡面仕上げされた後、その表面に半導体層が成膜される。よって、表面に半導体層を有するウエーハの裏面を研削する際には、裏面が鏡面仕上げされているため、ウエーハに対して研削砥石が削り込まない、所謂食いつき不良が生じることがある。

食いつき不良が発生するとウエーハに面焼けが生じたり、研削送りに伴い押圧力が増大してウエーハを破損させたり、ウエーハの品質を低下させるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウエーハ等の被加工物に面焼け等の品質低下や破損を生じさせる恐れを低減可能な研削方法を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルで保持された被加工物を研削する研削砥石を含む研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、該研削手段を研削送りする研削送り手段と、該研削砥石に超音波振動を付与する超音波生成手段と、を備えた研削装置で被加工物を研削する研削方法であって、被加工物を該チャックテーブルで保持する保持ステップと、被加工物を保持した該チャックテーブルを回転させつつ該超音波生成手段を作動させて該研削砥石に超音波振動を付与するとともに、該研削送り手段により該研削手段を研削送りして回転する該研削砥石を被加工物に削り込ませる削り込みステップと、該削り込みステップを実施した後、該超音波生成手段を停止させるとともに該研削送り手段により該研削手段を研削送りして被加工物を研削する研削ステップと、を具備したことを特徴とする研削方法が提供される。

好ましくは、前記削り込みステップでは、前記研削砥石が被加工物に削り込み、該研削砥石で正常な削り込みが遂行されていることを検出し、該削り込みステップで正常な削りこみが遂行されていることを検出した後、前記研削ステップを実施する。

本発明の研削方法によると、被加工物に対して研削砥石が削り込む際に超音波振動が研削砥石に付与されるため、研削砥石が確実に被加工物に対して削り込むことができ、被加工物に面焼け等の品質低下を生じさせる恐れを低減できる。

請求項２記載の発明によると、研削砥石が被加工物に削り込む際には超音波振動を付与し、以降は超音波振動を付与することなく研削が遂行されるため、被加工物を薄く研削しても超音波振動によって被加工物が破損する恐れがない。

本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置の斜視図である。粗研削ユニットの縦断面図である。図３（Ａ）はホイールベースの斜視図、図３（Ｂ）はホイールベースの断面図である。光デバイスウエーハの表面に保護テープを貼着する様子を示す斜視図である。削り込みステップ及び研削ステップを説明する斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の研削方法を実施するのに適した研削装置２の斜視図が示されている。４は研削装置２のハウジング（ベース）であり、ハウジング４の後方には二つのコラム６ａ，６ｂが立設されている。

コラム６ａには、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。この一対のガイドレール８に沿って粗研削ユニット１０が上下方向に移動可能に装着されている。粗研削ユニット１０は、そのスピンドルハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

粗研削ユニット１０は、スピンドルハウジング２０と、スピンドルハウジング２０中に回転可能に収容されたスピンドル２４（図２及び図５参照）と、スピンドル２４を回転駆動するサーボモータ２６と、スピンドル２４の先端に固定されたホイールマウント２８（図２及び図５参照）と、ホイールマウント２８に複数のねじ２９により着脱可能に固定された先端に複数の粗研削用の研削砥石３２を有する研削ホイール３０とを含んでいる。粗研削用の研削砥石３２は、平均粒径６０μｍ前後のダイアモンド砥粒を金属で固めて構成されている。

粗研削ユニット１０は、粗研削ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成される粗研削ユニット送り機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

他方のコラム６ｂにも、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）３４が固定されている。この一対のガイドレール３４に沿って仕上げ研削ユニット３６が上下方向に移動可能に装着されている。

仕上げ研削ユニット３６は、そのスピンドルハウジング３８が一対のガイドレール３４に沿って上下方向に移動する図示しない移動基台に取り付けられている。仕上げ研削ユニット３６は、スピンドルハウジング３８と、スピンドルハウジング３８中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ４０と、スピンドルの先端に固定された図示しないホイールマウントと、ホイールマウントに着脱可能に固定された仕上げ研削用の研削砥石４４を有する研削ホイール４２を含んでいる。仕上げ研削用の研削砥石４４は、平均粒径１０μｍ前後のダイアモンド砥粒を樹脂で固めて構成されている。

仕上げ研削ユニット３６は、仕上げ研削ユニット３６を一対の案内レール３４に沿って上下方向に移動するボールねじ４６とパルスモータ４８とから構成される仕上げ研削ユニット送り機構５０を備えている。パルスモータ４８をパルス駆動すると、ボールねじ４６が回転し、仕上げ研削ユニット３６が上下方向に移動される。

研削装置２は、コラム６ａ，６ｂの前側においてハウジング４の上面と略面一となるように配設されたターンテーブル５２を具備している。ターンテーブル５２は比較的大径の円板状に形成されており、図示しない回転駆動機構によって矢印５３で示す方向に回転される。

ターンテーブル５２には、互いに円周方向に１２０度離間して３個のチャックテーブル５４が水平面内で回転可能に配置されている。チャックテーブル５４は、ポーラスセラミックス材によって円板状に形成された吸着チャックを有しており、吸着チャックの保持面上に載置されたウエーハを真空吸引手段を作動することにより吸引保持する。

ターンテーブル５２に配設された３個のチャックテーブル５４は、ターンテーブル５２２が適宜回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａ、粗研削加工領域Ｂ、仕上げ研削加工領域Ｃ、及びウエーハ搬入・搬出領域Ａに順次移動される。

ハウジング４の前側部分には、ウエーハカセット５６と、ウエーハ搬送ロボット５８と、複数の位置決めピン６２を有する位置決めテーブル６０と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）６４と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６６と、スピンナテーブル６８を有し研削されたウエーハを洗浄及びスピン乾燥するスピンナ洗浄装置７０と、スピンナ洗浄装置７０で洗浄及びスピン乾燥された研削後のウエーハを収容する収容カセット７２が配設されている。

次に、図２を参照して、粗研削ユニット１０の詳細構造について説明する。スピンドル２４の先端は小径先端部２４ａに形成されており、この小径先端部２４ａにホイールマウント２８が固定されている。ホイールマウント２８には複数のねじ２９により研削ホイール３０が着脱可能に固定されている。

研削ホイール３０は、ホイールベース７４と、振動吸収リング７６と、マウント装着リング７８とから構成されている。図３を参照して、ホイールベース７４の詳細構造について説明する。

ホイールベース７４の第２面即ち下面７４ｂの外周には、粗研削用の複数の研削砥石３２が環状に固着されている。ホイールベース７４の第１面即ち上面７４ａには環状溝７９が形成されており、この環状溝７９中に環状の超音波振動子８０が挿入されて接着剤等により固着されている。ホイールベース７４は中心穴８３を有している。超音波振動子８０は複数の円弧状超音波振動子を環状溝７９中に挿入固定するようにしてもよい。

超音波振動子８０としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｉ、Ｔｉ）Ｏ_３）、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ_３）等を用いることができる。

図２を再び参照すると、スピンドル２４はスピンドルハウジング２０のボア２２中に回転可能に挿入されている。スピンドル２４は一体的に形成されたスラフトプレート２４ｂを有している。

粗研削ユニット１０は、スピンドル２４を回転駆動する電動モータ８２を備えている。電動モータ８２は例えば永久磁石式モータから構成される。電動モータ８２は、スピンドル２４の中間部に形成されたモータ装着部８４に装着された永久磁石からなるロータ８６と、ロータ８６の外周側においてスピンドルハウジング２０に配設されたステータコイル８８とから構成される。

このように構成された電動モータ８２は、ステータコイル８８に後述する電力供給手段によって交流電流が印加されることによりロータ８６が回転し、ロータ８６が装着されたスピンドル２４が回転される。

粗研削ユニット１０は更に、超音波振動子８０に交流電力を印加するとともに電動モータ８２に交流電力を印加する電力供給手段９０を具備している。電力供給手段９０は、スピンドル２４の上端に配設されたロータリートランス９２を含んでいる。

ロータリートランス９２は、スピンドル２４の上端に配設された受電手段９４と、受電手段９４と対向して配設された給電手段９６を具備している。受電手段９４は、スピンドル２４に装着されたロータコア９８と、ロータコア９８に巻回された受電コイル１００とから構成される。

このように構成された受電手段９４の受電コイル１００には導電線１０２が接続されている。この導電線１０２は、スピンドル２４の中心に軸方向に形成された貫通穴２５中に配設され、その先端がコネクタを介して超音波振動子８０に接続された一対の導電線８１に接続されている。

給電手段９６は、受電手段９４の外周側に配設されたステータコア１０４と、ステータコア１０４に配設された給電コイル１０６とから構成される。このように構成された給電手段９６の給電コイル１０６には、電気配線１０８を介して交流電力が供給される。

電力供給手段９０は、交流電源１１０と、交流電源１１０とロータリートランス９２の給電コイル１０６との間に挿入された電圧調整手段１１２と、給電手段９６に供給する交流電力の周波数を調整する周波数調整手段１１４と、電圧調整手段１１２及び周波数調整手段１１４を制御する制御手段１１６と、制御手段１１６に研削砥石３２に付与する超音波振動の振幅等を入力する入力手段１１８を具備している。

交流電源１１０は、制御回路１２２及び電気配線１２０を介して電動モータ８２のステータコイル８８に交流電力を供給する。周波数調整手段１１４としては、株式会社エヌエフ回路設計ブロックが提供するデジタルファンクションジェラレータ（商品名「ＤＦ−１９０５」）を使用することができる。ＤＦ−１９０５によると、周波数を１０Ｈｚ〜５００ｋＨｚの範囲内で適宜調整することができる。

図４を参照すると、本発明の研削方法の加工対象となる光デバイスウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。光デバイスウエーハ１１は、サファイア基板１３上に窒化ガリウム（ＧａＮ）等のエピタキシャル層（半導体層）１５が積層されて構成されている。光デバイスウエーハ１１は、エピタキシャル層１５が積層された表面１１ａと、サファイアウエーハ１３が露出した裏面１１ｂとを有している。

サファイア基板１３は例えば１．３ｍｍの厚みを有しており、エピタキシャル層１５は例えば５μｍの厚みを有している。エピタキシャル層１５にＬＥＤ等の複数の光デバイス１９が、格子状に形成された分割予定ライン（ストリート）１７によって区画されて形成されている。

本発明の研削方法を実施するのにあたり、光デバイスウエーハ１１の表面１１ａには光デバイス１９を保護するために保護テープ２１が貼着される。以下、研削装置２により光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する本発明実施形態の研削方法について説明する。

このように表面に保護テープ２１の貼着された光デバイスウエーハ１１は、ウエーハカセット５６中に複数枚収容されて、ウエーハカセット５６がベース４上に載置される。ウエーハカセット５６中に収容された光デバイスウエーハ１１は、ウエーハ搬送ロボット５８の上下動作及び進退動作によって搬送され、ウエーハ位置決めテーブル６０上に載置される。

ウエーハ位置決めテーブル６０上に載置された光デバイスウエーハ１１は、複数の位置決めピン６２によって中心あわせが行われた後、ローディングアーム６４の旋回動作によって、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置せしめられているチャックテーブル５４上に載置され、チャックテーブル５４によって吸引保持される。

次いで、ターンテーブル５２が反時計回り方向に１２０度回転されて、光デバイスウエーハ１１を保持したチャックテーブル５４が粗研削加工領域Ｂに位置付けられる。このように位置付けられた光デバイスウエーハ１１に対して図５に示すように、チャックテーブル５４を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール３０をチャックテーブル５４と同一方向に、即ち矢印ｂ方向に例えば１０００ｒｐｍで回転駆動させるとともに、研削ユニット送り機構１８を作動して研削砥石３２を光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

この時、電力供給手段９０によってロータリートランス９２を構成する給電手段９６の給電コイル１０６に所定周波数の交流電力を供給する。その結果、回転する受電手段９４の受電コイル１００、導電線１０２、導電線８１を介して超音波振動子８０に所定周波数の交流電力が印加され、超音波振動子８０は主にラジアル方向（半径方向）に超音波振動する。この超音波振動は、ホイールベース７４を介して複数の研削砥石３２に伝達され、研削砥石３２がラジアル方向に超音波振動する。

このように超音波振動子８０で研削砥石３２を主にラジアル方向に振動させながら、研削ホイール３０を所定の研削送り速度（例えば０．０２５ｍｍ／分）で下方に所定量研削送りする。

その結果、研削砥石３２が超音波振動しながら光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに圧接されるため、研削砥石３２が光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂですべることなく確実に裏面１１ｂのサファイア基板１３に削り込む（食い込む）ことができる。

研削砥石３２がサファイア基板１３に削り込むと、スピンドル２４を駆動するサーボモータ２６の負荷電流値が上昇するため、サーボモータ２６の負荷電流値の上昇を検出することにより正常な削り込みが遂行されたかの検出することができる。

サーボモータ２６の負荷電流値の上昇により研削砥石３２の削り込みを検出したならば、直ちに或いは所定時間経過後に超音波振動子８０への電力供給を停止し、超音波振動なしで削り込みステップと同一条件で光デバイスウエーハ１１の研削を続行する。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによって光デバイスウエーハ１１の厚みを測定しながら、光デバイスウエーハ１１を所望の厚み、例えば１５０μｍの厚みまで研削する。

粗研削が終了した光デバイスウエーハ１１を保持したチャックテーブル５４は、ターンテーブル５２を反時計回りに１２０度回転することにより仕上げ研削加工領域Ｃに位置付けられ、仕上げ研削砥石４４を有する仕上げ研削ユニット３６による仕上げ研削が実施される。

この仕上げ研削ステップでは、粗研削砥石３２による粗研削により光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂにソーマークが形成されているので、仕上げ研削砥石４４の食いつき不良は発生しない。よって、本実施形態では、仕上げ研削ユニット３６には超音波振動付与機構は装備されていない。

仕上げ研削ステップでは、図５に示した粗研削ステップと同様に、チャックテーブル５４を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、仕上げホイール４２をチャックテーブル５４と同一方向に例えば１０００ｒｐｍで回転させるとともに、仕上げ研削ユニット送り機構５０を作動して仕上げ研削用の研削砥石４４を光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、仕上げ研削ホイール４２を所定の研削送り速度（例えば０．００９ｍｍ／分）で下方に所定量研削送りして、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂの仕上げ研削を実施する。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージによって光デバイスウエーハ１１の厚みを測定しながら、光デバイスウエーハ１１を所望の厚み、例えば１００μｍの厚みまで研削する。

仕上げ研削を終了した光デバイスウエーハ１１を保持したチャックテーブル５４は、ターンテーブル５２を反時計回りに１２０度回転することにより、ウエーハ搬入・搬出領域Ａに位置付けられる。

チャックテーブル５４に保持されている光デバイスウエーハ１１の吸引保持が解除されてから、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）６６で光デバイスウエーハ１１が吸着されて、アンローディングアーム６６が旋回することによりスピンナ洗浄装置７０に搬送される。

スピンナ洗浄装置７０に搬送された光デバイスウエーハ１１は、ここでスピン洗浄されるとともにスピン乾燥される。次いで、ウエーハ搬送ロボット５８により収容カセット７２の所定位置に光デバイスウエーハ１１が収容される。

上述した実施形態では、粗研削ユニット１０で削り込みステップ及び研削ステップを実施したが、粗研削ユニット１０では研削砥石３２に常に超音波振動を付与しながら研削する削り込みステップを実施し、仕上げ研削ユニット３６で超音波振動を付与せずに研削する研削ステップを実施するようにしてもよい。粗研削ユニット１０で研削砥石３２に常に超音波振動を付与しながら粗研削を実施することにより、加工時間の短縮化が期待できる。

また、上述した実施形態の研削装置２では、仕上げ研削ユニット３６には超音波振動付与機構が装備されていないが、仕上げ研削ユニット３６に超音波振動付与機構を装備し、仕上げ研削砥石４４で削り込みステップ及び研削ステップを実施するようにしてもよい。

上述した実施形態では本発明の研削方法をサファイア基板に適用した例について説明したが、本発明の研削方法はサファイア基板に限定されるものではなく、ＳｉＣ、シリコンナイトライド、リチウムタンタレート、アルチック等の硬質脆性材料、更にはシリコンウエーハの研削にも同様に適用することができる。

２研削装置
１０粗研削ユニット
１１光デバイスウエーハ
１３サファイア基板
１５エピタキシャル層
１８粗研削ユニット送り機構
１９光デバイス
２１保護テープ
３０粗研削ホイール
３２粗研削砥石
３６仕上げ研削ユニット
４２仕上げ研削ホイール
４４仕上げ研削砥石
５０仕上げ研削ユニット送り機構
５２ターンテーブル
５４チャックテーブル
７４ホイールベース
８０超音波振動子

Claims

被加工物を保持する回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルで保持された被加工物を研削する研削砥石を含む研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、該研削手段を研削送りする研削送り手段と、該研削砥石に超音波振動を付与する超音波生成手段と、を備えた研削装置で被加工物を研削する研削方法であって、
被加工物を該チャックテーブルで保持する保持ステップと、
被加工物を保持した該チャックテーブルを回転させつつ該超音波生成手段を作動させて該研削砥石に超音波振動を付与するとともに、該研削送り手段により該研削手段を研削送りして回転する該研削砥石を被加工物に削り込ませる削り込みステップと、
該削り込みステップを実施した後、該超音波生成手段を停止させるとともに該研削送り手段により該研削手段を研削送りして被加工物を研削する研削ステップと、
を具備したことを特徴とする研削方法。
前記削り込みステップでは、前記研削砥石が被加工物に削り込み、該研削砥石で正常な削り込みが遂行されていることを検出し、
該削り込みステップで正常な削りこみが遂行されていることを検出した後、前記研削ステップを実施する請求項１記載の研削方法。