JP6366383B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、板状の被加工物を研削する加工装置に関する。

携帯電話に代表される小型軽量な電子機器では、ＩＣ等のデバイスを備えたデバイスチップが必須の構成となっている。デバイスチップは、例えば、シリコン等の材料でなるウェーハの表面をストリートと呼ばれる複数の分割予定ラインで区画し、各領域にデバイスを形成した後、このストリートに沿ってウェーハを分割することで製造される。

近年では、デバイスチップの小型化、軽量化等を目的として、デバイス形成後のウェーハ（デバイスウェーハ）を薄く加工する機会が増えている。しかしながら、例えば、デバイスウェーハを研磨して１００μｍ以下に薄くすると、デバイスにとって有害な金属元素の動きを抑制するゲッタリング効果が低下して、デバイスの動作不良が多発してしまう。

この問題を解決するために、金属元素を捕獲するゲッタリング層をデバイスウェーハ中に形成する加工方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この加工方法では、デバイスウェーハを所定の条件で研削することによって、デバイスウェーハの抗折強度を維持しながら所定の研削歪を含むゲッタリング層を形成している。

特開２００９−９４３２６号公報

しかしながら、上述の加工方法で形成されるゲッタリング層が常に良好なゲッタリング性を示すとは限らない。ゲッタリング層のゲッタリング性を評価するには、例えば、デバイスウェーハを実際に金属元素で汚染してみれば良いが、その場合、良品のデバイスチップを得ることができなくなる。つまり、この評価方法を、デバイスウェーハの加工工程に組み込むことはできないという問題があった。

本発明はかかる問題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、加工工程中に被加工物のゲッタリング性を評価できる加工装置を提供することである。

本発明によれば、ウェーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウェーハを研削する研削手段と、該保持手段に保持されたウェーハの裏面を該研削手段で研削して生成した研削歪を含むゲッタリング層が十分なゲッタリング性を有するか否かを判定するゲッタリング性判定手段と、を備え、該ゲッタリング性判定手段は、ウェーハに対して所定の波長のレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、ウェーハに向けて電磁波を照射し、ウェーハで反射した電磁波を受信する送受信ユニットと、を有し、ウェーハの裏面に向けて該送受信ユニットから電磁波を照射するとともに該レーザービーム照射ユニットからレーザービームを照射してウェーハの裏面側に過剰キャリアを発生させ、ウェーハで反射する電磁波を該送受信ユニットで受信して該電磁波の減衰時間を測定し、測定された該電磁波の減衰時間を該ゲッタリング層が形成されていないウェーハにおける電磁波の減衰時間と比較して該ゲッタリング層のゲッタリング性を評価することを特徴とする加工装置が提供される。

本発明において、該研削手段で研削して生成した研削歪の一部を除去する研削歪除去手段を更に備えたことが好ましい。

本発明に係る加工装置は、被加工物を保持する保持手段と、被加工物を研削する研削手段とに加え、被加工物を研削して生成した研削歪がゲッタリング性を有するか否かを判定するゲッタリング性判定手段を備えるので、加工工程中に被加工物のゲッタリング性を評価できる。

本実施形態に係る加工装置を模式的に示す斜視図である。 図２（Ａ）は、本実施形態に係る加工装置で加工される被加工物の例を模式的に示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、被加工物に保護部材が貼着される様子を模式的に示す斜視図である。 加工装置が備える研削歪除去ユニットを模式的に示す斜視図である。 加工装置が備えるゲッタリング性判定ユニットを模式的に示す一部断面側面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る加工装置を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、加工装置２は、各構成を支持する基台４を備えている。

基台４の上面前端側には、開口４ａが形成されており、この開口４ａ内には、被加工物を搬送する第１の搬送ユニット６が設けられている。また、開口４ａのさらに前方の領域には、それぞれ複数の被加工物を収容可能なカセット８ａ，８ｂを載置する載置台１０ａ，１０ｂが形成されている。

図２（Ａ）は、本実施形態に係る加工装置で加工される被加工物の例を模式的に示す斜視図である。図２（Ａ）に示すように、被加工物１１は、例えば、シリコン等の半導体材料で形成された略円形の板状物（ウェーハ）であり、表面１１ａは、中央のデバイス領域１３と、デバイス領域１３を囲む外周余剰領域１５とに分けられている。

デバイス領域１３は、格子状に配列されたストリート（分割予定ライン）１７でさらに複数の領域に区画されており、各領域にはＩＣ等のデバイス１９が形成されている。被加工物１１の外周１１ｃは面取り加工されており、僅かに丸みを帯びている。

この被加工物１１の表面１１ａ側には、デバイス１９を保護するための保護部材が貼着される。図２（Ｂ）は、被加工物１１に保護部材が貼着される様子を模式的に示す斜視図である。

図２（Ｂ）に示すように、保護部材２１は、被加工物１１と略同径の円盤状に形成されており、表面２１ａ側には、接着層が設けられている。保護部材２１としては、例えば、粘着テープ、樹脂基板、被加工物１１と同じ板状物（ウェーハ）等を用いることができる。

この保護部材２１の表面２１ａ側を、被加工物１１の表面１１ａ側に対面させて、保護部材２１と被加工物１１とを重ね合せる。これにより、被加工物１１の表面１１ａ側に接着層を介して保護部材２１を貼着できる。

開口４ａの斜め後方には、被加工物１１の位置合わせを行うアライメント機構１２が設けられている。このアライメント機構１２は、被加工物１１が仮置きされる仮置きテーブル１４を含み、例えば、カセット８ａから第１の搬送ユニット６で搬送され、仮置きテーブル１４に仮置きされた被加工物１１の中心を位置合わせする。

基台４の側面には、アライメント機構１２を跨ぐ門型の支持構造１６が配置されている。この支持構造１６には、被加工物１１を搬送する第２の搬送ユニット１８が設けられている。第２の搬送ユニット１８は、左右方向（Ｘ軸方向）、前後方向（Ｙ軸方向）、及び上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能であり、例えば、アライメント機構１２で位置合わせされた被加工物１１を後方に搬送する。

開口４ａ及びアライメント機構１２の後方には、開口４ｂが形成されている。この開口４ｂ内には、鉛直方向に延びる回転軸の周りに回転する円盤状のターンテーブル２０が配置されている。ターンテーブル２０の上面には、被加工物１１を吸引保持する４個のチャックテーブル（保持手段）２２が略等角度間隔に設置されている。

第２の搬送ユニット１８でアライメント機構１２から搬出された被加工物１１は、裏面１１ｂ側が上方に露出するように、前方側の搬入搬出位置Ａに位置付けられたチャックテーブル２２へと搬入される。ターンテーブル２０は、図示する回転方向Ｒの向きに回転し、チャックテーブル２２を、搬入搬出位置Ａ、粗研削位置Ｂ、仕上げ研削位置Ｃ、研削歪除去位置Ｄの順に位置付ける。

各チャックテーブル２２は、モータ等の回転駆動源（不図示）と連結されており、鉛直方向に延びる回転軸の周りに回転する。各チャックテーブル２２の上面は、被加工物１１を吸引保持する保持面となっている。この保持面は、チャックテーブル２２の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）と接続されている。チャックテーブル２２に搬入された被加工物１１は、保持面に作用する吸引源の負圧で表面１１ａ側（保護部材２１側）を吸引される。

ターンテーブル２０の後方には、上方に伸びる壁状の支持構造２４が立設されている。支持構造２４の前面には、２組の昇降ユニット２６が設けられている。各昇降ユニット２０は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に伸びる２本の昇降ガイドレール２８を備えており、この昇降ガイドレール２８には、昇降テーブル３０がスライド可能に設置されている。

昇降テーブル３０の後面側（裏面側）には、ナット部（不図示）が固定されており、このナット部には、昇降ガイドレール２８と平行な昇降ボールネジ３２が螺合されている。昇降ボールネジ３２の一端部には、昇降パルスモータ３４が連結されている。昇降パルスモータ３４で昇降ボールネジ３２を回転させることにより、昇降テーブル３０は昇降ガイドレール２８に沿って上下に移動する。

昇降テーブル３０の前面（表面）には、固定具３６が設けられている。粗研削位置Ｂの上方に位置付けられた昇降テーブル３０の固定具３６には、被加工物１１を粗研削する粗研削用の研削ユニット（研削手段）３８ａが固定されている。一方、仕上げ研削位置Ｃの上方に位置付けられた昇降テーブル３０の固定具３６には、被加工物１１を仕上げ研削する仕上げ研削用の研削ユニット（研削手段）３８ｂが固定されている。

研削ユニット３８ａ，３８ｂのスピンドルハウジング４０には、それぞれ、回転軸を構成するスピンドル４２が収容されており、各スピンドル４２の下端部（先端部）には、円盤状のホイールマウント４４が固定されている。

研削ユニット３８ａのホイールマウント４４の下面には、粗研削用の研削砥石を備えた研削ホイール４６ａが装着されており、研削ユニット３８ｂのホイールマウント４４の下面には、仕上げ研削用の研削砥石を備えた研削ホイール４６ｂが装着されている。各スピンドル４２の上端側には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されており、研削ホイール４６ａ，４６ｂは、回転駆動源から伝達される回転力で回転する。

チャックテーブル２２及びスピンドル４２を回転させつつ、研削ホイール４６ａ，４６ｂを下降させ、純水等の研削液を供給しながら被加工物１１の裏面１１ｂ側に接触させることで、被加工物１１を粗研削又は仕上げ研削できる。研削歪除去領域Ｄの近傍には、研削ユニット３８ａ，３８ｂで研削された被加工物１１の研削歪を部分的に除去する研削歪除去ユニット（研削歪除去手段）４８が設けられている。

また、搬入搬出位置Ａの上方には、被加工物１１のゲッタリング性を判定するゲッタリング性判定ユニット（ゲッタリング性判定手段）５０が配置されている。研削ユニット３８ａ，３８ｂで研削された被加工物１１は、研削歪除去ユニット４８で研削歪を部分的に除去された後に、ゲッタリング性判定ユニット５０でゲッタリング性を判定される。

アライメント機構１２の前方には被加工物１１を洗浄する洗浄ユニット５２が設けられており、ゲッタリング性を判定された後の被加工物１１は、第２の搬送ユニット１８でチャックテーブル２２から洗浄ユニット５２へと搬送される。洗浄ユニット５２で洗浄された被加工物１１は、第１の搬送ユニット６で搬送され、カセット８ｂに収容される。

図３は、加工装置２が備える研削歪除去ユニット４８を模式的に示す斜視図である。図３に示すように、基台４の上面には、ブロック状の支持構造５４が立設されている。支持構造５４の後面には、研削歪除去ユニット４８を水平方向（ここでは、Ｘ軸方向）に移動させる水平移動ユニット５６が設けられている。

水平移動ユニット５６は、支持構造５４の後面に固定され水平方向（Ｘ軸方向）に平行な一対の水平ガイドレール５８を備える。水平ガイドレール５８には、水平移動テーブル６０がスライド可能に設置されている。水平移動テーブル６０の後面側には、ナット部（不図示）が固定されており、このナット部には、水平ガイドレール５８と平行な水平ボールネジ（不図示）が螺合されている。

水平ボールネジの一端部には、パルスモータ６２が連結されている。パルスモータ６２で水平ボールネジを回転させることにより、水平移動テーブル６０は水平ガイドレール５８に沿って水平方向（Ｘ軸方向）に移動する。

水平移動テーブル６０の後面側には、研削歪除去ユニット４８を鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させる鉛直移動ユニット６４が設けられている。鉛直移動ユニット６４は、水平移動テーブル６０の後面に固定され鉛直方向（Ｚ軸方向）に平行な一対の鉛直ガイドレール６６を備える。

鉛直ガイドレール６６には、鉛直移動テーブル６８がスライド可能に設置されている。鉛直移動テーブル６８の前面側（裏面側）には、ナット部（不図示）が固定されており、このナット部には、鉛直ガイドレール６６と平行な鉛直ボールネジ（不図示）が螺合されている。

鉛直ボールネジの一端部には、パルスモータ７０が連結されている。パルスモータ７０で鉛直ボールネジを回転させることにより、鉛直移動テーブル６８は鉛直ガイドレール６６に沿って鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動する。

鉛直移動テーブル６８の後面（表面）には、被加工物１１の研削歪を部分的に除去する研削歪除去ユニット４８が固定されている。研削歪除去ユニット４８のスピンドルハウジング７２には、回転軸を構成するスピンドル７４が収容されており、スピンドル７４の下端部（先端部）には、円盤状のホイールマウント７６が固定されている。

ホイールマウント７６の下面には、ホイールマウント７６と略同径の研磨ホイール７８が装着されている。研磨ホイール７８は、ステンレス等の金属材料で形成されたホイール基台７８ａを備えている。ホイール基台７８ａの下面には、円盤状の研磨パッド７８ｂが固定されている。

チャックテーブル２２及びスピンドル７４を回転させつつ、研磨ホイール７８を下降させ、研磨液を供給しながら被加工物１１の裏面１１ｂ側に研磨パッド７８ｂを接触させることで、被加工物１１の研削歪を除去できる。なお、この研削歪除去ユニット４８では、ある程度の研削歪が残存するように被加工物１１を研磨する。これにより、ゲッタリング性を確保しながら被加工物１１の抗折強度を維持できる。

図４は、加工装置２が備えるゲッタリング性判定ユニット５０を模式的に示す一部断面側面図である。図４に示すように、ゲッタリング性判定ユニット５０は、搬入搬出位置Ａに位置付けられた被加工物１１に対して所定の波長（例えば、９０４ｎｍ、５３２ｎｍ、３４９ｎｍ等）のパルスレーザービームＬを照射するレーザービーム照射ユニット８０を備えている。

レーザービーム照射ユニット８０の近傍には、被加工物１１に向けてマイクロ波Ｍ１を送信（照射）し、また、被加工物１１で反射したマイクロ波（電磁波）Ｍ２を受信するマイクロ波送受信ユニット８２が配置されている。このマイクロ波送受信ユニット８２により、被加工物１１の裏面１１ｂ側で反射したマイクロ波Ｍ２の強度変化を検出できる。

図４に示すように、所定の研削歪を含むゲッタリング層２３を備えた被加工物１１のゲッタリング性を判定する場合には、まず、マイクロ波送受信ユニット８２から被加工物１１の裏面１１ｂに向けてマイクロ波（電磁波）Ｍ１を送信（照射）する。

この状態で、レーザービーム照射ユニット８０からマイクロ波Ｍ１の被照射領域にパルスレーザービームＬを照射すると、被加工物１１の裏面１１ｂ側に過剰キャリア（電子、正孔）が発生して、マイクロ波Ｍ１の反射率は増大する。

すなわち、マイクロ波送受信ユニット８２で受信するマイクロ波Ｍ２の強度が大きくなる。その後、パルスレーザービームＬが照射されない期間では、キャリアの再結合に伴いマイクロ波Ｍ１の反射率は徐々に低下する。すなわち、マイクロ波Ｍ２は徐々に減衰する。

本発明者は、鋭意研究の結果、ゲッタリング層２３のゲッタリング性が高くなると、パルスレーザービームＬの照射で発生するキャリアのライフタイム（キャリアが発生してから再結合するまでの時間）が短くなるという関係を見出した。そして、キャリアのライフタイムに対応するマイクロ波Ｍ２の減衰時間を測定することでゲッタリング性を評価できると考え、本発明を完成させた。

具体的には、評価対象の被加工物１１に対するマイクロ波Ｍ２の減衰時間を測定し、この減衰時間を所定の基準時間と比較することでゲッタリング性を評価する。基準時間としては、例えば、ゲッタリング層２３が形成されていないウェーハ（ベアウェーハ）に対するマイクロ波Ｍ２の減衰時間を用いることができる。

パルスレーザービームＬの波長を９０４ｎｍとする場合には、例えば、減衰時間が基準時間の９４％以下となる被加工物１１に対してゲッタリング性があると評価する。また、パルスレーザービームＬの波長を５３２ｎｍとする場合には、減衰時間が基準時間の７５％以下となる被加工物１１に対してゲッタリング性があると評価する。

さらに、パルスレーザービームＬの波長を３４９ｎｍとする場合には、減衰時間が基準時間の４５％以下となる被加工物１１に対してゲッタリング性があると評価する。ただし、この評価方法に使用できるパルスレーザービームＬの波長は、上述した９０４ｎｍ、５３２ｎｍ、３４９ｎｍに限定されない。

また、同様の方法で、被加工物１１の抗折強度を評価することもできる。パルスレーザービームＬの波長を９０４ｎｍとする場合には、減衰時間が基準時間の８５％以上となる被加工物１１に対して抗折強度があると評価する。また、パルスレーザービームＬの波長を５３２ｎｍとする場合には、減衰時間が基準時間の５５％以上となる被加工物１１に対して抗折強度があると評価する。

さらに、パルスレーザービームＬの波長を３４９ｎｍとする場合には、減衰時間が基準時間の２０％以上となる被加工物１１に対して抗折強度があると評価する。被加工物１１の抗折強度を評価する場合にも、上述した９０４ｎｍ、５３２ｎｍ、３４９ｎｍとは異なる波長のパルスレーザービームＬを用いることができる。

なお、このゲッタリング性判定ユニット５０によって、被加工物１１のゲッタリング性が不十分と判定された場合には、粗研削、仕上げ研削、研削歪除去の各工程を再び実施して、被加工物１１のゲッタリング性を高めると良い。

次に、ゲッタリング性判定ユニット５０で実施される上記判定の妥当性を確認するために行った実験について説明する。

（実験）
本実験では、それぞれ異なる条件（条件１〜条件１０）でゲッタリング層２３を形成した被加工物１１に対して、上述した減衰時間、金属汚染に対する耐性、及び抗折強度を確認した。被加工物１１に照射したパルスレーザービームＬの波長は、９０４ｎｍ、５３２ｎｍ、３４９ｎｍの三種類である。

パルスレーザービームＬの波長を９０４ｎｍとした場合の実験結果を表１に、パルスレーザービームＬの波長を５３２ｎｍとした場合の実験結果を表２に、パルスレーザービームＬの波長を３４９ｎｍとした場合の実験結果を表３にそれぞれ示す。なお、各表中において、「ＯＫ」は良好、「ＮＧ」は不良を表している。また、各表では、ゲッタリング層２３が形成されていないウェーハ（ベアウェーハ）の実験結果をリファレンスとして示している。

各表から、上述の判定が妥当であることを確認できる。例えば、ゲッタリング性と抗折強度とを両立させるには、波長が９０４ｎｍの場合で減衰時間が基準時間の８５％以上９４％以下、波長が５３２ｎｍの場合で減衰時間が基準時間の５５％以上７５％以下、波長が３４９ｎｍの場合で減衰時間が基準時間の２０％以上４５％以下、となるように被加工物１１を加工すれば良い。

以上のように、本発明に係る加工装置２は、被加工物１１を保持するチャックテーブル（保持手段）２２と、被加工物１１を研削する研削ユニット（研削手段）３８ａ，３８ｂとに加え、被加工物１１を研削して生成した研削歪がゲッタリング性を有するか否かを判定するゲッタリング性判定ユニット（ゲッタリング性判定手段）５０を備えるので、加工工程中に被加工物１１のゲッタリング性を評価できる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、基準時間として、ゲッタリング層２３が形成されていないウェーハ（ベアウェーハ）に対するマイクロ波Ｍ２の減衰時間を用いているが、基準時間は任意に変更できる。例えば、ゲッタリング性を最適化した被加工物１１に対するマイクロ波Ｍ２の減衰時間を基準時間としても良い。

また、上記実施形態では、被加工物１１に向けてマイクロ波Ｍ１を送信（照射）する送信部と、被加工物１１で反射したマイクロ波（電磁波）Ｍ２を受信する受信部と、を一体に備えるマイクロ波送受信ユニット８２について説明しているが、マイクロ波送受信ユニットの送信部と受信部とは、別体でも良い。

また、上記実施形態では、被加工物１１を研磨（代表的には、ＣＭＰ）して研削歪を部分的に除去する研削歪除去ユニット（研削歪除去手段）４８について説明しているが、研削歪除去ユニット（研削歪除去手段）は、ドライエッチング、ウェットエッチング、プラズマエッチング、ドライポリッシュ等の方法で研削歪を除去するように構成されても良い。

その他、上記実施形態に係る構成、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２ 加工装置
４ 基台
４ａ，４ｂ 開口
６ 第１の搬送ユニット
８ａ，８ｂ カセット
１０ａ，１０ｂ 載置台
１２ アライメント機構
１４ 仮置きテーブル
１６ 支持構造
１８ 第２の搬送ユニット
２０ ターンテーブル
２２ チャックテーブル（保持手段）
２４ 支持構造
２６ 昇降ユニット
２８ 昇降ガイドレール
３０ 昇降テーブル
３２ 昇降ボールネジ
３４ 昇降パルスモータ
３６ 固定具
３８ａ，３８ｂ 研削ユニット（研削手段）
４０ スピンドルハウジング
４２ スピンドル
４４ ホイールマウント
４６ａ，４６ｂ 研削ホイール
４８ 研削歪除去ユニット（研削歪除去手段）
５０ ゲッタリング性判定ユニット（ゲッタリング性判定手段）
５２ 洗浄ユニット
５４ 支持構造
５６ 水平移動ユニット
５８ 水平ガイドレール
６０ 水平移動テーブル
６２ パルスモータ
６４ 鉛直移動ユニット
６６ 鉛直ガイドレール
６８ 鉛直移動テーブル
７０ パルスモータ
７２ スピンドルハウジング
７４ スピンドル
７６ ホイールマウント
７８ 研磨ホイール
７８ａ ホイール基台
７８ｂ 研磨パッド
８０ レーザービーム照射ユニット
８２ マイクロ波送受信ユニット
Ｒ 回転方向
Ａ 搬入搬出位置
Ｂ 粗研削位置
Ｃ 仕上げ研削位置
Ｄ 研削歪除去位置
１１ 被加工物
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１１ｃ 外周
１３ デバイス領域
１５ 外周余剰領域
１７ ストリート（分割予定ライン）
１９ デバイス
２１ 保護部材
２１ａ 表面
２１ｂ 裏面
２３ ゲッタリング層
Ｌ パルスレーザービーム
Ｍ１ マイクロ波
Ｍ２ マイクロ波

Claims (2)

1. ウェーハを保持する保持手段と、
   該保持手段に保持されたウェーハを研削する研削手段と、
   該保持手段に保持されたウェーハの裏面を該研削手段で研削して生成した研削歪を含むゲッタリング層がゲッタリング性を有するか否かを判定するゲッタリング性判定手段と、を備え、
   該ゲッタリング性判定手段は、
   ウェーハに対して所定の波長のレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、
   ウェーハに向けて電磁波を照射し、ウェーハで反射した電磁波を受信する送受信ユニットと、を有し、
   ウェーハの裏面に向けて該送受信ユニットから電磁波を照射するとともに該レーザービーム照射ユニットからレーザービームを照射してウェーハの裏面側に過剰キャリアを発生させ、ウェーハで反射する電磁波を該送受信ユニットで受信して該電磁波の減衰時間を測定し、測定された該電磁波の減衰時間を該ゲッタリング層が形成されていないウェーハにおける電磁波の減衰時間と比較して該ゲッタリング層のゲッタリング性を評価することを特徴とする加工装置。
2. 該研削手段で研削して生成した研削歪の一部を除去する研削歪除去手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。