JP7128070B2

JP7128070B2 - 研削装置

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Publication number: JP7128070B2
Application number: JP2018178541A
Authority: JP
Inventors: 一史千嶋
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: JP2020049557A

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の板状物の面を研削する研削装置に関し、特に被研削物の厚みを計測する機能を有する研削装置に関するものである。

チャックテーブルの保持面で保持したウェーハを研削砥石で研削する研削装置は、保持面の高さを測定する接触式の保持面ハイトゲージと、保持面が保持したウェーハの上面の高さを測定する接触式のウェーハ上面ハイトゲージとを備えている。例えば、特許文献１に記載された研削方法によれば、保持面ハイトゲージが測定した保持面の高さと、ウェーハ上面ハイトゲージが測定した保持面に保持されたウェーハ上面の高さとの差をウェーハの厚みとし、差が予め設定した厚みと一致するまで研削している。研削中は、２本のハイトゲージを保持面とウェーハ上面とに接触させ続け、常にウェーハの厚みを測定している。そのハイトゲージの先端に、研削中に発生した研削屑や砥粒が付着すると、保持面及びウェーハ上面に傷がつくため、特許文献２、特許文献３に示された研削装置では、ハイトゲージ先端に水をかけることにより、ハイトゲージに研削屑や砥粒が付着するのを防止している。

特開２００８－０７３７８５号公報特開２００５－２４６４９１号広報特開２０１４－０７９８３８号広報

しかし、研削屑や砥粒が付着しなくても、保持面ハイトゲージが接触することにより保持面が徐々に傷つけられるため、長時間使用していると保持面に凸凹が形成されてしまう。保持面に凸凹が形成されると保持面ハイトゲージが測定する保持面の高さが変動するため、ウェーハの厚みが正確に測定できないという問題がある。保持面ハイトゲージが測定する保持面の高さが変動しないようにして、設定した厚みにウェーハを研削できるようにする必要がある。

本発明は、ウェーハを保持する吸引面を有する吸引部と該吸引部を収容する枠体とからなり、該吸引面から該枠体の上面にかけて面一に形成された保持面を有するチャックテーブルと、該吸引面の中心を軸に該チャックテーブルを回転させるテーブル回転手段と、該吸引面が保持するウェーハを研削砥石で研削する研削手段と、該枠体の上面に測定子を接触させ該保持面の高さを測定する保持面ハイトゲージと、該吸引面が保持したウェーハの上面に測定子を接触させウェーハ上面の高さを測定するウェーハ上面ハイトゲージと、該保持面ハイトゲージが測定した該保持面の高さと該ウェーハ上面ハイトゲージが測定したウェーハ上面の高さとの差を算出する算出手段と、を備え、該差が予め設定した仕上げ厚みと一致するまでウェーハを研削する研削装置であって、該チャックテーブルの回転中に該保持面ハイトゲージで測定した保持面高さの変動幅が、予め設定した許容値の範囲内であるときは研削加工を実施させ、該チャックテーブルの回転中に該保持面ハイトゲージで測定した保持面高さの変動幅が、該許容値の範囲外であるときは研削加工を実施しないで該保持面が異常であることをオペレータに通知する制御手段を備えた研削装置である。

ウェーハの厚み測定に悪影響を及ぼす凸凹が保持面に形成されているとき、研削加工を停止して凸凹が形成されていることをオペレータに通知するため、保持面の研削等のメンテナンスを施すように促すことが可能となる。これにより、厚み不良のウェーハの製造を防止し、設定した厚みのウェーハが製造できる。

研削装置を表す説明図である。保持面の高さの変動幅が許容値の範囲内にある例を表すグラフである。保持面の高さの変動幅が許容値の範囲外にある例を表すグラフである。

本発明の実施形態を研削装置の構成と研削装置の動作とに分けて示す。

１．研削装置の構成
図１に示す研削装置１は、チャックテーブル２と、チャックテーブル２により保持されるウェーハＷを研削するための研削手段３と、研削手段３を昇降させる研削送り手段４とを備えている。

チャックテーブル２は、例えば、ポーラス部材によって形成された吸引部２０と、吸引部２０を周囲から支持する枠体２１とを備える。吸引部２０の上面は、ウェーハＷの下面を吸引保持する吸引面２００となっており、吸引面２００と、枠体２１の上面２１０とは面一に形成されている。以下では、吸引面２００から枠体２１の上面２１０にかけて面一に形成された面全体を保持面２０１と称する。また、枠体２１の上面２１０を枠体上面２１０と称する。チャックテーブル２を支持する移動基台２２が移動基台２２の下方の図示しないＹ軸移動手段により、水平方向（Ｙ軸方向）に移動するのに伴い、チャックテーブル２も同方向に移動する構成となっている。移動基台２２の移動に伴ってジャバラ２３が伸縮する。また、チャックテーブル２はチャックテーブル２の中心を回転中心として回転可能である。

研削手段３は、Ｚ軸方向の軸心を有するスピンドル３０と、スピンドル３０を回転させるモータ３１と、スピンドル３０の下端に接続されたマウント３２と、マウント３２に固定された研削ホイール３３とを備え、研削ホイール３３の下面には研削砥石３４が固着されている。研削砥石３４は、例えば、砥粒をレジンボンド等のボンド剤で固めて形成したものであり、砥粒としては、例えば、ダイヤモンド、ＣＢＮ、グリーンカーボランダム、アルミナ等が用いられる。

研削手段３は、研削送り手段４によってＺ軸方向に昇降可能に支持されている。研削送り手段４は、ベース１０に立設されたコラム１１の側面に備えられており、Ｚ軸方向の軸心を有するボールネジ４０と、ボールネジ４０と平行に配設された一対のガイドレール４１と、ボールネジ４０の上端に連結されたモータ４２と、ガイドレール４１に摺接するとともに内部のナット構造がボールネジ４０に螺合する昇降板４３と、昇降板４３に連結され研削手段３を保持するホルダ４４とから構成されている。研削送り手段４では、モータ４２がボールネジ４０を回転させることにより、昇降板４３及びホルダ４４がガイドレール４１に案内されて昇降する構成となっている。そして、昇降板４３及びホルダ４４が昇降することにより、ホルダ４４によって保持された研削手段３も昇降し、保持テーブル２に対して接近及び離反する構成となっている。

厚み測定手段５は、例えばベース１０上に配設されている。厚み測定手段５は、例えば、研削の最中に、回転するウェーハＷの上面Ｗ１に接触させてウェーハＷの上面Ｗ１の高さを測定するためのウェーハ上面ハイトゲージ５０と、同じく、研削の最中に、回転するチャックテーブル２の保持面２０１に接触させて保持面２０１の高さを測定するための保持面ハイトゲージ５１とを備える。ウェーハ上面ハイトゲージ５０の先端部にはウェーハＷの上面Ｗ１に接触させるウェーハ上面ハイトゲージ５０の測定子５００が備えられており、保持面ハイトゲージ５１の先端部には保持面２０１に接触させる保持面ハイトゲージ５１の測定子５１０が備えられている。ウェーハ上面ハイトゲージ５０の基端部には両ゲージにより測定された高さの差をウェーハの厚みとして算出するための算出手段５２が備えられている。その一方で、保持面ハイトゲージ５１の基端部には、保持面ハイトゲージ５１で測定する保持面２０１の高さの測定値の変動幅が、予め設定した許容値より小さいときに研削加工を実施させ、保持面２０１の高さの測定値の変動幅が許容値よりも大きいときに保持面２０１が異常であることをオペレータに通知する制御手段５３が備えられている。

２．研削装置の動作
図１に示すベース１０の前方側（－Ｙ方向側）において、ウェーハＷをチャックテーブル２の保持面２０１の上に載置し、ウェーハＷの下面を吸引保持する。吸引面２００にウェーハＷを保持させたまま、例えば、移動基台２２の下方の図示しないＹ軸移動手段により、移動基台２２をベース１０の後方側（＋Ｙ方向側）の研削領域に移動させる。それに伴いチャックテーブル２がベース１０の後方側（＋Ｙ方向側）の研削領域に移動する。

次に、図示しない回転手段によりチャックテーブル２を回転させることで、ウェーハＷを回転させると共に、モータ３１により研削ホイール３３を回転させながら研削送り手段４により研削手段３を降下させることで、回転する研削砥石３３をウェーハＷの上面Ｗ１に接触させて上面Ｗ１を研削する。ウェーハＷの上面Ｗ１のうち研削砥石３３が接触していない部分には、ウェーハ上面ハイトゲージ５０を接触させる。このとき、保持面ハイトゲージ５１は枠体上面２１０に接触させ保持面２０１の高さを測定する。

研削の最中、ウェーハ上面ハイトゲージ５０により測定するウェーハ上面Ｗ１の高さと、保持面ハイトゲージ５１により測定する保持面２０１の高さとの差を算出手段５２によって算出することで、ウェーハＷの厚みを測定する。

このとき、ウェーハ上面ハイトゲージ５０の測定子５００が接触するウェーハＷの上面Ｗ１の位置は、チャックテーブル２の回転に伴い、チャックテーブル２の中心を回転中心として描かれる円の円周上を変位する。同様に、保持面ハイトゲージ５１の測定子５１０が接触する保持面２０１の位置は、チャックテーブル２の中心を回転中心として描かれる円の円周上を変位する。

保持面ハイトゲージ５１の接触により保持面２０１に凸凹が形成された場合、この凸凹により保持面２０１の各位置における高さが変動する。測定した保持面２０１の高さの変動幅を図示しないグラフ作成ソフト等でグラフ化したものが図２及び図３に示されている。横軸は保持面２０１の位置を示している。例えば、研削開始時に保持面ハイトゲージ５１の測定子５１０が接触している位置を０度とした、一周３６０度の角度（図２、３の横軸：保持面角度）のパラメータを用いて示しており、縦軸は測定された保持面２０１の高さの値を示している。

図２及び図３に示すように、保持面高さの値には、許容上限値１０１と許容下限値１０２とがあらかじめ設定されており、許容上限値１０１と許容下限値１０２との間が許容値１０３となっている。例えば、図２のように、測定した保持面の高さ１００ａの変動幅が予め設定した許容値１０３の範囲内であるとき、制御手段５３が、研削加工を実施させる。一方、図３のように、測定した保持面の高さ１００ｂの変動幅が予め設定した許容値１０３の範囲外である場合は、研削を実施せず、制御手段５３がオペレータにその旨を通知する。

例えば、研削の開始前に、チャックテーブル２を回転させながら保持面２０１に保持面ハイトゲージ５１の測定子５１０を接触させ、保持面２０１の高さを同一円周上の一周分（保持面角度パラメータの０～３６０度分）測定する。そして制御手段５３が、その保持面２０１の高さの測定値の変動幅とあらかじめ設定した許容値１０３との大きさの比較をし、研削実施可能であるか、又は保持面２０１のメンテナンスをするべきであるかの判断を行う。その判断を基に、オペレータが、ウェーハを研削するか保持面のメンテナンスをするかを判断する。

若しくは、例えば、研削の最中に、回転するチャックテーブル２の保持面２０１に保持面ハイトゲージ５１の測定子５１０を接触させ、保持面２０１の高さを同一円周上の一周分（保持面角度パラメータの０～３６０度分）測定する。そして制御手段５３が、その保持面２０１の高さの測定値の変動幅とあらかじめ設定した許容値１０３との大きさの比較をし、研削実施可能であるか、又は保持面をメンテナンスするべきであるかの判断を行う。制御手段５３は、その判断を基に研削実施可能と判断したときは、研削を継続し、メンテナンスすべきと判断したときは、その旨をオペレータに通知し、研削装置をオペレータが停止させる。

以上のように、ウェーハＷの厚み測定に悪影響を及ぼす凸凹が保持面２０１に形成されているときは、研削加工を停止して凸凹が形成されていることをオペレータに通知するため、保持面２０１の研削等のメンテナンスを施すように促すことが可能となる。これにより、厚み不良のウェーハＷが製造されるのを防止し、設定した厚みのウェーハを製造することができる。

なお、例えば、上記の一連の工程を全て自動化したフルオートタイプにしてもよい。つまり、研削実施可能であるか、メンテナンスすべきであるかを制御手段５３が判断し、制御手段５３は、研削可能であれば研削を継続させ、メンテナンスするべきであれば、自動的に研削装置が停止し、保持面２０１の平坦化を目的とした保持面２０１の研削を開始させる。このとき、ウェーハＷは研削装置１のベース１０の前方（－Ｙ方向側）にある図示しないウェーハ収納部分に退避することとなる。保持面２０１の平坦化完了後、ウェーハを再びチャックテーブル２に載置し、所要の厚みまで研削する。

１：研削装置１０：ベース１１：コラム
２：チャックテーブル２０：吸引部２００：吸引面２１：枠体２１０：枠体上面２０１：保持面
２２：移動基台２３：ジャバラ
３：研削手段３０：スピンドル３１：モータ３２：マウント
３３：研削ホイール３４：研削砥石
４：研削送り手段４０：ボールネジ４１：ガイドレール４２：モータ
４３：昇降板４４：ホルダ
５：厚み測定手段５０：ウェーハ上面ハイトゲージ５１：保持面ハイトゲージ
５００:ウェーハ上面ハイトゲージの測定子５１０：保持面ハイトゲージの測定子
５２：算出手段５３：制御手段
１００ａ：測定した保持面の高さ１００ｂ：測定した保持面の高さ
１０１：許容上限値１０２：許容下限値１０３：許容値
Ｗ：ウェーハＷ１：ウェーハ上面

Claims

ウェーハを保持する吸引面を有する吸引部と該吸引部を収容する枠体とからなり、該吸引面から該枠体の上面にかけて面一に形成された保持面を有するチャックテーブルと、
該吸引面の中心を軸に該チャックテーブルを回転させるテーブル回転手段と、
該吸引面が保持するウェーハを研削砥石で研削する研削手段と、
該枠体の上面に測定子を接触させ該保持面の高さを測定する保持面ハイトゲージと、
該吸引面が保持したウェーハの上面に測定子を接触させウェーハ上面の高さを測定するウェーハ上面ハイトゲージと、
該保持面ハイトゲージが測定した該保持面の高さと該ウェーハ上面ハイトゲージが測定したウェーハ上面の高さとの差を算出する算出手段と、
を備え、該差が予め設定した仕上げ厚みと一致するまでウェーハを研削する研削装置であって、
該チャックテーブルの回転中に該保持面ハイトゲージで測定した保持面高さの変動幅が、予め設定した許容値の範囲内であるときは研削加工を実施させ、
該チャックテーブルの回転中に該保持面ハイトゲージで測定した保持面高さの変動幅が、該許容値の範囲外であるときは研削加工を実施しないで該保持面が異常であることをオペレータに通知する制御手段を備えた研削装置。