JP7537986B2

JP7537986B2 - ウェーハの研削方法

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Publication number: JP7537986B2
Application number: JP2020175988A
Authority: JP
Inventors: 真也渡辺; 一馬関家; 修長井; 政明長嶋; 寛修小澤
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2024-08-21
Anticipated expiration: 2040-10-20
Also published as: JP2022067332A

Description

本発明は、ウェーハの研削方法に関する。

環状の研削砥石を用いてチャックテーブルの保持面に保持された半導体ウェーハ等のウェーハを研削するウェーハの研削方法では、研削砥石の回転軌跡が保持面の中心を通過するように保持面に平行な水平方向に研削砥石とチャックテーブルとを配置している。そして、保持面は、その中心を頂点とする円錐斜面であって、該研削砥石の下面と円錐斜面とが平行になる該回転軌跡でウェーハを研削している。

ウェーハの上面を研削すると、円錐斜面の頂点付近においてウェーハが保持面に倣わない部分があるために、ウェーハの中央に凹み（例えば中心深さ０．５μｍ、直径２０ｍｍから３０ｍｍ）が形成される。そのため、特許文献１に開示されているように、チャックテーブルの上面をセルフグラインドして、予め円錐斜面の頂点部分を平坦にした保持面を形成して、該保持面に保持して研削したウェーハの中心に凹みが形成されないようにしている。

特開２０１９－１３６８０６号公報

しかし、上記のようにチャックテーブルの上面をセルフグラインドしてウェーハの中央に凹みが形成されないような適切な保持面を形成するには、形成したい保持面の形状が複雑であることから、時間が多くかかってしまう。
したがって、ウェーハを研削するウェーハの研削方法には、保持面を形成するための時間をかけることなく、保持面に保持されたウェーハを中央に凹みが形成されないように平坦に研削するという課題がある。

本発明は、中心を頂点とする円錐斜面の保持面にウェーハが保持されたチャックテーブルを該保持面の中心を軸に回転可能な保持手段と、環状の研削砥石の中心を軸に該研削砥石を回転させ該保持面に保持されたウェーハを研削する研削手段と、該保持手段と該研削手段とを該研削砥石の下面に垂直な方向に相対的に移動させる研削送り手段と、該保持手段と該研削手段とを該研削砥石の下面に平行な方向に相対的に移動させるスライド送り手段と、を備える研削装置を用いた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させる保持工程と、該ウェーハの中心を軸に回転させ、該保持手段と該研削手段とを相対的に該研削砥石の下面に垂直な方向に接近させ、該研削砥石が該ウェーハの中心を通り該ウェーハを所定の厚みに研削した後、該垂直な方向の移動を停止させる第1研削工程と、荷重センサによって該第１研削工程の終了時の荷重値を測定する荷重測定工程と、該荷重測定工程で測定した荷重値及び研削砥石の番手を基に該第２研削工程におけるスライド移動量とスライド移動速度とを予め設定したデータテーブルから選択するスライド動作設定工程と、該第1研削工程、該荷重測定工程及び該スライド動作設定工程の後、該保持手段と該研削手段とを相対的に該研削砥石の下面に平行な方向に移動させることにより、該研削砥石を該ウェーハの上面中心から外周に向かって該スライド移動設定工程で選択した該スライド移動速度で該スライド移動量移動させ該ウェーハを研削する第２研削工程と、該第２研削工程の後、該保持手段と該研削手段とを相対的に該垂直な方向に離間させ該ウェーハから該研削砥石の下面を離しながら該ウェーハを研削する第３研削工程と、を備えるウェーハの研削方法である。
上記の研削方法に備える該第２研削工程は、該スライド移動量だけ該保持手段と該研削手段とを相対的に該研削砥石の下面に平行な方向に往復移動させることが望ましい。

本発明のウェーハの研削方法によれば、ウェーハの中央に凹部を形成することなく均一な厚みのウェーハを形成することが可能であり、これによってウェーハの研削時間を短縮することができる。

研削装置全体を表す斜視図である。第１研削工程における研削手段と保持手段とを表す断面図である。研削砥石の下面の高さと研削時間との関係を表すグラフ図である。第１研削工程における研削時の研削砥石とウェーハとの位置関係を表す平面図である。砥石番手及び研削時の荷重との関係におけるスライド移動量とスライド移動速度とが表示されたデータテーブルの一例を表す表図である。荷重とスライド移動量との関係を表すグラフがスライド移動速度毎に描画されたグラフ図である。第２研削工程における研削時の研削砥石とウェーハとの位置関係を表す平面図である。第２研削工程における研削時の研削砥石とウェーハとの位置関係を表す平面図である。

１研削装置の構成
図１に示す研削装置１は、研削手段３を用いて円板状のウェーハ１７を研削加工する研削装置である。以下、研削装置１の構成について説明する。
研削装置１は、図１に示すようにＹ軸方向に延設されたベース１０と、ベース１０の＋Ｙ方向側に立設されたコラム１１とを備えている。

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、例えば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、Ｚ軸方向の軸心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の下面に設けられた研削砥石３４０とを備えている。研削砥石３４０は例えば円環状に形成されており、研削砥石３４０の下面３４２はウェーハ１７に接触する研削面である。

スピンドルモータ３２を用いてスピンドル３０を回転させることにより、スピンドル３０に接続されたマウント３３及びマウント３３の下面に装着された研削ホイール３４が一体的に回転することとなる。

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に案内されて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。

ガイドレール４１の－Ｙ方向側の側面にはスケール４７０が配設されており、昇降板４３の＋Ｘ方向側の側面には読み取り部４７１が配設されている。読み取り部４７１は、例えばスケール４７０に形成された目盛りの値を読み取る光学式の認識機構等を有しており、スケール４７０の目盛りを認識して、研削手段３の高さ位置を認識することができる。

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はウェーハ１７を保持するチャックテーブル２０を備えている。チャックテーブル２０は、吸引部２１と吸引部２１を支持する枠体２２とを備えている。吸引部２１の上面はウェーハ１７を保持する保持面２１０であり、保持面２１０はその中心２１００を頂点とする円錐斜面形状を有している。

チャックテーブル２０は、吸引源２６に接続されている。吸引源２６を作動させると、生み出された吸引力が保持面２１０に伝達されることとなる。保持面２１０にウェーハ１７が載置されている状態で吸引源２６を作動させることにより、保持面２１０にウェーハ１７を吸引保持することができる。

また、保持手段２はモータ等を有する回転手段２４を備えている。回転手段２４を用いることによりチャックテーブル２０を保持面２１０の中心２１００を軸にして回転させることができる。

チャックテーブル２０は、テーブルベース２３に回転可能に支持されている。テーブルベース２３の同一円周上における等間隔な位置にはテーブルベース２３をＺ軸方向に貫通する３つの貫通孔２３０が形成されている。各々の貫通孔２３０には支持軸２９が貫通しており、テーブルベース２３は支持軸２９に支持されている。

ベース１０の内部には、内部ベース１００が配設されている。内部ベース１００の上には、チャックテーブル２０を水平方向に移動させるスライド送り手段５が配設されている。
スライド送り手段５は、Ｙ軸方向の回転軸５５を有するボールネジ５０と、回転軸５５を軸にしてボールネジ５０を回転させるＹ軸モータ５２と、ボールネジ５０に対して平行に配設された一対のガイドレール５１と、底部のナットがボールネジ５０に螺合してガイドレール５１に沿ってＹ軸方向に移動するスライド板５３とを備えている。

スライド板５３には３本の支持軸２９が立設されている。また、スライド板５３と支持軸２９との間には荷重センサ２９０が設けられている。荷重センサ２９０によってチャックテーブル２０にかかる荷重を検知してその大きさを測定することができる。

Ｙ軸モータ５２を用いてボールネジ５０を回転させることにより、スライド板５３がガイドレール５１に案内されてＹ軸方向に水平に移動すると、これに伴ってスライド板５３に支持軸２９及びテーブルベース２３を介して支持されたチャックテーブル２０がスライド板５３と一体的にＹ軸方向に移動することとなる。

チャックテーブル２０に隣接する位置には、ウェーハ１７の厚みを測定する厚み測定手段１８が配設されている。厚み測定手段１８は、例えば接触式のハイトゲージ等を有しており、ウェーハ１７の上面１７０と枠体２２の上面２２０とに該ハイトゲージを接触させて両者の高さの差を測定することによってウェーハ１７の厚みを測定することができる。

また、チャックテーブル２０の周囲にはカバー２７が配設されており、カバー２７は蛇腹２８に伸縮可能に連結されている。チャックテーブル２０がＹ軸方向に水平移動すると、カバー２７がチャックテーブル２０と一体的にＹ軸方向に移動して蛇腹２８が伸縮する構成となっている。

研削装置１は、研削装置１の諸々の動作を制御する制御手段９を備えている。制御手段９はメモリ等の記憶素子を有する記憶部９０を参照可能となっている。

２ウェーハの研削方法
（保持工程）
研削装置１を用いたウェーハ１７の研削方法について説明する。まず、図１に示したチャックテーブル２０の保持面２１０にウェーハ１７をその上面１７０の中心１７００と保持面２１０の中心２１００との水平位置が一致するように載置する。そして、吸引源２６を作動させて、生み出された吸引力を保持面２１０に伝達することにより保持面２１０にウェーハ１７を吸引保持する。

（第１研削工程）
次に、スライド送り手段５を用いてチャックテーブル２０に保持されたウェーハ１７を＋Ｙ方向に移動させて、ウェーハ１７を研削砥石３４０の下方に移動させる。このとき、図２に示すように研削砥石３４０の下面３４２がウェーハ１７の中心１７００を通るように両者の水平位置関係を調整する。

また、回転手段２４を用いてチャックテーブル２０を保持面２１０の中心２１００を軸にして回転させることによりウェーハ１７をその中心１７００を軸にして回転させておく。さらに、スピンドルモータ３２を用いて回転軸３５を軸にして研削砥石３４０を回転させておく。

そして、ウェーハ１７及び研削砥石３４０が回転している状態で、図１に示した研削送り手段４を用いて研削砥石３４０をその下面３４２に垂直な方向である－Ｚ方向に下降させる。これにより、研削砥石３４０とチャックテーブル２０に保持されたウェーハ１７とが相対的に接近していく。

以下、ウェーハ１７を研削する際に研削砥石３４０がウェーハ１７の上面１７０に向かって下降するときの研削砥石３４０の下面３４２の高さ位置について図３に示すグラフを参照しながら説明する。
まず、研削砥石３４０を準備速度７０で－Ｚ方向に下降させて、研削砥石３４０の下面３４２の高さをエアカット高さ６０に位置づける。ここで、エアカット高さ６０はウェーハ１７の上面１７０に研削砥石３４０の下面３４２が接触する直前の高さである。

その後、エアカット高さ６０から第１研削高さ６１まで研削砥石３４０を第１研削速度７１でエアカット時間８０をかけて－Ｚ方向に下降させていく。
これにより、ウェーハ１７の上面１７０の上方で研削砥石３４０が上面１７０に接触せずに回転しながら、ウェーハ１７の上面１７０に接近していく。
ここで、第１研削高さ６１は、ウェーハ１７の上面１７０に研削砥石３４０の下面３４２が接触するときの研削砥石３４０の下面３４２の高さである。研削砥石３４０が第１研削高さ６１に位置づけられると、研削砥石３４０の下面３４２がウェーハ１７の上面１７０に接触する。

図４には、ウェーハ１７の上面１７０に研削砥石３４０の下面３４２が接触している様子が示されている。図４に示す円弧状の研削領域１２は、ウェーハ１７の上面１７０と研削砥石３４０の下面３４２と接触する領域である。ウェーハ１７の上面１７０と研削砥石３４０の下面３４２とがウェーハの半径部分に相当する研削領域１２において接触しつつ、ウェーハ１７と研削砥石３４０とが回転することにより、ウェーハ１７の上面１７０の全面に研削砥石３４０の下面３４２が接触してウェーハ１７の上面１７０の全面が研削加工される。

研削砥石３４０の下面３４２が第１研削高さ６１に位置づけられており、ウェーハ１７の上面１７０に研削砥石３４０の下面３４２が接触している状態で、さらに第１研削速度７１で研削砥石３４０を－Ｚ方向に下降させていく。これにより、ウェーハ１７の上面１７０が研削加工される。
研削砥石３４０の下面３４２は、図３に示すように第１研削高さ６１から第２研削高さ６２まで第１研削時間８１をかけて下降していく。

そして、研削砥石３４０の下面３４２が第２研削高さ６２に位置づけられている状態で、今度は第１研削速度７１よりも低速の第２研削速度７２で研削砥石３４０を－Ｚ方向に下降させていく。これにより、研削砥石３４０が第１研削速度７１で下降していたときよりもウェーハ１７の上面１７０がゆっくりと研削加工されていく。

ウェーハ１７の研削加工中には、厚み測定手段１８を用いたウェーハ１７の厚みの測定が行われる。そして、ウェーハ１７が所定の厚みに研削されたら、研削砥石３４０の下降を停止する。図３のグラフにおいては、研削砥石３４０の下面３４２は第２研削時間８２をかけて停止高さ６３に到達して停止高さ６３において停止する様子が示されている。

（荷重測定工程）
次に、図１に示した荷重センサ２９０を用いて第１研削工程終了時におけるチャックテーブル２０にかかっている荷重値を測定する。
なお、荷重センサ２９０による荷重の測定は、第１研削工程の開始と同時に開始してもよい。

（スライド動作設定工程）
次に、後述する第２研削工程においてチャックテーブル２０をＹ軸方向にスライドさせて第１研削工程における研削位置とはＹ軸方向に異なる位置においてウェーハ１７の上面１７０を研削をするために、チャックテーブル２０のスライド移動量を求める。そのために、測定された荷重値と研削砥石３４０の番手とを基に、予め設定されて記憶部９０に記憶された図５に示すデータテーブル９１からスライド移動量とスライド速度とを選択する。このデータテーブル９１は、研削砥石３４０に対するチャックテーブル２０の相対スライド速度と第１研削工程終了時にチャックテーブル２０にかかる荷重との関係における、チャックテーブル２０の研削砥石３４０に対する相対スライド移動量を規定したもので、後の第２研削工程の条件を求めるためのものとなる。ここで、チャックテーブル２０の研削砥石３４０との相対スライド速度は、研削砥石３４０の番手に対応している。また、図６には、図５のデータテーブル９１がグラフで示されている。

例えば、図１に示した研削ホイール３４がＰｏｌｉｇｒｉｎｄ－１２（ディスコ社製）である場合には、その研削砥石３４０の番手は＃８０００であるため、スライド速度は０．２ｍｍ／ｓが選択される。さらに、測定された荷重値が例えば１００Ｎである場合にはスライド移動量は１．０ｍｍが選択される。

（第２研削工程）
スライド速度及びスライド移動量の選択後、第２研削時間８２終了時の研削砥石３４０の停止高さ６を維持した状態で、図１に示したスライド送り手段５を用いて、チャックテーブル２０に保持されたウェーハ１７を研削砥石３４０の下面３４２に平行な方向である＋Ｙ方向に０．２ｍｍ／ｓのスライド速度で、１．０ｍｍのスライド移動量だけ移動させながら研削する。移動量によっては、図７に示すように、研削砥石３４０の回転軌道がウェーハ１７の中心１７００を通らなくなることもある。

図７に示すように、図２に示した研削砥石３４０の回転軌道がウェーハ１７の中心１７００を通る状態からウェーハ１７が－Ｙ方向に移動して、研削砥石３４０がウェーハ１７の上面１７０の中心１７００から外周に向かって相対的に移動していく。この移動に要する時間は、図３に示すスライド移動時間８３であり、この移動の間、研削砥石３４０の下面３４２がウェーハ１７の上面１７０に接触してウェーハ１７の上面１７０が研削される。第２研削工程終了時には、例えば図８に示すように、研削砥石３４０の回転軌道がウェーハ１７の上面１７０の中心１７００を通らない状態となる。

（第３研削工程）
次いで、研削送り手段４を用いて研削砥石３４０を＋Ｚ方向に上昇させて、チャックテーブル２０と研削砥石３４０とを研削砥石３４０の下面３４２に垂直な方向に相対的に離間させる。これにより、チャックテーブル２０に保持されたウェーハ１７から研削砥石３４０の下面３４２を離しながらウェーハ１７を研削する。
図３のグラフに示すように研削砥石３４０の下面３４２がウェーハ１７から離間時間８４をかけて離間される。

その後、研削送り手段４を用いてさらに高速で研削砥石３４０をウェーハ１７の上面１７０から十分に離間させてから保持面２１０からウェーハ１７を搬出する。

上記のウェーハ１７の研削方法では、第２研削工程において中央部分以外を研削するため,ウェーハ１７の上面１７０が全体として平坦となり、ウェーハ１７の中央に凹部を形成することなく、均一な厚みのウェーハを形成することができる。これにより研削時間の短縮を図ることができる。
研削時の荷重が大きいほどウェーハ１７の上面１７０の中心部に形成される凹部が深く広くなる傾向があるため、図５のデータテーブル９１に示したように、荷重が大きくなるにつれて、研削砥石３４０に対するチャックテーブル２０の相対スライド移動量も大きくなる。

なお、上記の研削方法における第２研削工程では、所定のスライド移動量だけチャックテーブル２０と研削砥石３４０とを相対的に研削砥石３４０の下面３４２に対して平行な方向に往復移動させてもよく、この場合には、ウェーハ１７の上面１７０の中心に研削砥石３４０の下面３４２を位置づけたり、ウェーハ１７の上面１７０の中心から研削砥石３４０の下面３４２を離したり、を繰り返しながらウェーハ１７が摺動研削される。これにより、ウェーハ１７の研削量を増やすことができ、第２研削工程にかかる時間を短くする事ができる。

上記研削装置１では、保持手段２がＹ軸方向にスライドする構成としたが、研削手段３がＸ軸方向又はＹ軸方向に移動する構成としてもよい。すなわち、保持手段２と研削手段３とは、研削砥石３４０の下面３４２に平行な方向に相対的に移動可能であればよい。また、研削装置１では、研削手段３がＺ軸方向に移動する構成としたが、保持手段２がＺ軸方向に移動する構成としてもよい。すなわち、保持手段２と研削手段３とは、研削砥石３４０の下面３４２に対して垂直な方向に相対的に移動可能であればよい。

１：研削装置１０：ベース１００：内部ベース
１１：コラム１２：研削領域１７：ウェーハ１７０：上面１７００：中心
１８：厚み測定手段
２：保持手段２０：チャックテーブル２１：吸引部２１０：保持面
２１００：中心２２：枠体２２０：上面
２３：テーブルベース２３０：貫通孔２４：回転手段
２６：吸引源２７：カバー２８：蛇腹２９：支持軸２９０：荷重センサ
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３４１：ホイール基台
３４２：下面３４３：側面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４７０：スケール４７１：読み取り部
５：スライド送り手段５０：ボールネジ５１：ガイドレール５２：Ｙ軸モータ
５３：スライド板５５：回転軸
６０：エアカット高さ６１：第１研削高さ６２：第２研削高さ６３：停止高さ
７０：準備速度７１：第１研削速度７２：第２研削速度
８０：エアカット時間８１：第１研削時間８２：第２研削時間
８３：スライド移動時間８４：離間時間９：制御手段９０：記憶部
９１：データテーブル

Claims

中心を頂点とする円錐斜面の保持面にウェーハが保持されたチャックテーブルを該保持面の中心を軸に回転可能な保持手段と、環状の研削砥石の中心を軸に該研削砥石を回転させ該保持面に保持されたウェーハを研削する研削手段と、該保持手段と該研削手段とを該研削砥石の下面に垂直な方向に相対的に移動させる研削送り手段と、該保持手段と該研削手段とを該研削砥石の下面に平行な方向に相対的に移動させるスライド送り手段と、を備える研削装置を用いた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させる保持工程と、
該ウェーハの中心を軸に回転させ、該保持手段と該研削手段とを相対的に該研削砥石の下面に垂直な方向に接近させ、該研削砥石が該ウェーハの中心を通り該ウェーハを所定の厚みに研削した後、該垂直な方向の移動を停止させる第１研削工程と、
荷重センサによって該第１研削工程の終了時の荷重値を測定する荷重測定工程と、
該荷重測定工程で測定した荷重値及び研削砥石の番手を基に該第２研削工程におけるスライド移動量とスライド移動速度とを予め設定したデータテーブルから選択するスライド動作設定工程と、
該第１研削工程、該荷重測定工程及び該スライド動作設定工程の後、該保持手段と該研削手段とを相対的に該研削砥石の下面に平行な方向に移動させることにより、該研削砥石を該ウェーハの上面中心から外周に向かって該スライド移動設定工程で選択した該スライド移動速度で該スライド移動量移動させ該ウェーハを研削する第２研削工程と、
該第２研削工程の後、該保持手段と該研削手段とを相対的に該垂直な方向に離間させ該ウェーハから該研削砥石の下面を離しながら該ウェーハを研削する第３研削工程と、を備えるウェーハの研削方法。
該第２研削工程は、該スライド移動量だけ該保持手段と該研削手段とを相対的に該研削砥石の下面に平行な方向に往復移動させる、請求項１記載のウェーハの研削方法。