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JP2007123687A - 半導体ウェーハ裏面の研削方法及び半導体ウェーハ研削装置 - Google Patents

半導体ウェーハ裏面の研削方法及び半導体ウェーハ研削装置 Download PDF

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JP2007123687A JP2005316248A JP2005316248A JP2007123687A JP 2007123687 A JP2007123687 A JP 2007123687A JP 2005316248 A JP2005316248 A JP 2005316248A JP 2005316248 A JP2005316248 A JP 2005316248A JP 2007123687 A JP2007123687 A JP 2007123687A
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智雄 林
Motoi Nezu
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Abstract

【課題】支持部材と貼り合わされた半導体ウェーハを正確な厚みに仕上げることができる半導体ウェーハ裏面の研削方法及び半導体ウェーハ研削装置を提供する。
【解決手段】回路パターン３ｃが形成された表面３ａ側に支持基材４が貼り合わされた半導体ウェーハ３の裏面３ｂを研削する半導体ウェーハ裏面の研削方法であって、半導体ウェーハ３単体の研削加工前の厚みｔ１を計測した後、この厚みｔ１から研削加工後の最終厚みδ３を減算して求められた取代δ２に基づいて、半導体ウェーハ３の裏面３ｂを研削する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハの厚みを薄くするために、回路パターンが形成された表面側に支持基材が貼り合わされた半導体ウェーハの裏面を研削する半導体ウェーハ裏面の研削方法及び半導体ウェーハ研削装置に関するものである。
一般に、半導体ウェーハの厚みを薄くする加工方法として、半導体ウェーハの裏面を研削する方法がある。例えば、この方法は、接触式センサとしてのインプロセスゲージを有する研削装置を用い、半導体ウェーハの厚みを常時モニタリングしながら、ウェーハ厚みが予め定めた設定寸法に達するまで研削加工を行う方法である。
この方法では、図３に示されるように、ターンテーブル２の上面からウェーハ３の裏面３ｂまでの寸法を半導体ウェーハ３の相当厚み（Ｐ１−Ｐ２）として規定するものであり、相当厚み（Ｐ１−Ｐ２）がδ１になるまでターンテーブル２から半導体ウェーハ３を外すことなく、インプロセスで加工と計測を同時に行うことができ、ハンドリング性や加工精度を高めることができるものである。
しかしながら、近年においては、ＩＣカードや３次元実装の開発などに伴い、半導体ウェーハの大径化に加えて薄肉化の要請が強まってきており、上記研削方法ではこのような要請に応じることができないという問題があった。すなわち、上記インプロセスゲージを用いた半導体ウェーハ３の裏面３ｂの研削方法においては、半導体ウェーハ３がターンテーブル２に直に固定されているため、ウェーハ厚みδ１が薄くなるまで、例えば３０μｍ程度になるまで加工すると、ウェーハ強度が低下して加工ひずみなどの影響を受けやすくなり、ウェーハ３に割れや反りなどの変形が生じるという問題があった。
上記問題を解決するものとして、図４に示されるように、半導体ウェーハ３の表面３ａ側にガラスなどの支持基材４を貼り合わせ、この支持基材４を介して半導体ウェーハ３をターンテーブル２上に固定し、ウェーハ裏面３ｂを研削する方法がある。
半導体ウェーハの厚みを研削加工するものではないが、インプロセスゲージを用いた研削方法の一例としては、ゲージによりワークの内径寸法を測定しながら加工を行い、仕上がり寸法のばらつきに応じて、インプロセス制御系に補正指令を与えるものが開示されている（特許文献１）。
特開昭５２−２６６８６号公報
図４に示されるように、半導体ウェーハ３の表面３ａ側に支持基材４を貼り合わせた場合、インプロセスゲージで計測される寸法、すなわちターンテーブル２上面からウェーハ裏面３ｂまでの寸法（Ｐ１−Ｐ２）は、表面保護フィルム５の厚みｔ２に加えて支持基材４の厚みｔ３が含まれた総合的な厚みとなり、保護フィルム５及び支持基材４の公差（誤差）が重畳され、半導体ウェーハ３単体を正確な厚みに仕上げることができなかった。また、バッチ処理により多数の半導体ウェーハ３を連続して加工する場合には、個々の支持基材４の厚みのばらつきによって個々の半導体ウェーハ３の厚みがばらつくという問題があった。
本発明は、上記した点に鑑み、支持部材と貼り合わされた半導体ウェーハを正確な厚みに仕上げることができる半導体ウェーハ裏面の研削方法及び半導体ウェーハ研削装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１記載の半導体ウェーハ裏面の研削方法は、回路パターンが形成された表面側に支持基材が貼り合わされた半導体ウェーハの裏面を研削する半導体ウェーハ裏面の研削方法であって、前記半導体ウェーハ単体の研削加工前の厚みを計測した後、該厚みから研削加工後の最終厚みを減算して求められた取代に基づいて、前記半導体ウェーハの裏面を研削することを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体ウェーハ裏面の研削方法において、研削装置のターンテーブル上に前記半導体ウェーハを固定し、該半導体ウェーハを研削する前に、該半導体ウェーハの厚みを計測することを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の半導体ウェーハ裏面の研削方法において、前記半導体ウェーハ単体の厚みをＩＲセンサで計測することを特徴とする。
また、請求項４記載の半導体ウェーハ研削装置は、回路パターンが形成された表面側に支持基材が貼り合わされた半導体ウェーハの裏面を研削する半導体ウェーハ研削装置において、前記半導体ウェーハ単体の研削加工前の厚みを計測する計測手段を備え、前記研削加工前の厚みから研削加工後の最終厚みを減算して求められた取代に基づいて、前記半導体ウェーハの裏面を研削することを特徴とする。
また、請求項５記載の半導体ウェーハ研削装置は、回路パターンが形成された表面側に支持基材が貼り合わされた半導体ウェーハの裏面を研削する半導体ウェーハ研削装置において、前記半導体ウェーハ単体の研削加工前の厚みを計測する計測手段と、前記ターンテーブル上に前記支持基材を介して前記半導体ウェーハを固定した後に、前記ターンテーブル上面から前記半導体ウェーハの裏面までの寸法をインプロセスで計測するインプロセスゲージとを備え、前記研削加工前の厚みから研削加工後の最終厚みを減算して求められた取代に基づいて、前記半導体ウェーハの裏面を研削することを特徴とする。
また、請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の半導体ウェーハ研削装置において、前記計測手段がＩＲセンサであることを特徴とする。
以上の如く、請求項１記載の発明によれば、半導体ウェーハ単体の研削加工前の厚みを計測することで、この厚みから研削加工後の最終厚みを減算することで取代を算出することができる。この取代に基づいてターンテーブル上に固定された半導体ウェーハの裏面を研削することで、支持基材の厚みや表面保護テープの厚みの影響が除外され、半導体ウェーハ単体を正確な厚みに仕上げることができる。
また、請求項２記載の発明によれば、研削加工の前段階において予め半導体ウェーハの厚みを計測することで、研削加工における非加工時間が短縮され、加工能率を高めることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、半導体ウェーハ単体の研削加工前の厚みの計測にＩＲセンサを用いることで、半導体ウェーハに支持基材や保護フィルムが貼り合わされても、半導体ウェーハ単体の厚みだけを計測することができる。このため、半導体ウェーハ裏面の研削加工において取代による制御が可能となる。
また、請求項４記載の発明によれば、半導体ウェーハ単体の研削加工前の厚みを計測する計測手段を備えたことで、研削加工前の厚みから研削加工後の厚みを減じて取代を算出することができる。この取代に基づいてターンテーブル上に固定された半導体ウェーハの裏面を研削することで、支持基材の厚みや表面保護フィルムの厚みの影響が除外され、半導体ウェーハ単体を正確な厚みに仕上げることができる。
また、請求項５記載の発明によれば、半導体ウェーハ単体の厚みを計測する計測手段に加えて、ターンテーブル上に支持基材を介して半導体ウェーハを固定した後に、ターンテーブル上面から半導体ウェーハの裏面までの寸法をインプロセスモニタリングするインプロセスゲージを備えたことで、インプロセス加工により半導体ウェーハのハンドリング性や加工精度を高めることができる。
また、請求項６記載の発明によれば、計測手段がＩＲセンサであるから、半導体ウェーハに支持基材や保護フィルムが貼り合わされても、半導体ウェーハ単体の厚みだけを計測することができる。このため、半導体ウェーハ裏面の研削加工において取代による制御が可能となる。
以下添付図面に従って本発明に係る半導体ウェーハ裏面の研削方法及び半導体ウェーハ研削装置の好ましい実施の形態について詳説する。図１及び図２は、本発明に係る半導体ウェーハ裏面の研削方法の一実施形態を説明するために用いられる説明図である。なお、従来の説明と共通する構成部分については、同一符号を付すこととする。
図１に部分的に示されているように、本実施形態の半導体ウェーハ研削装置１は、半導体ウェーハ３を支持するターンテーブル２と、カップ型の研削砥石６と、研削砥石６を回転可能に支持する主軸ヘッド７と、図示しない計測手段としてのＩＲ（Infrared Ray）センサと、図示しないインプロセスゲージとを備えている。
図２に示されるように、半導体ウェーハ３は、回路パターン３ｃが形成された表面３ａ側にガラス基材（支持基材）４が貼り合わされた状態でターンテーブル２に着脱自在に保持されている。例えば、ＩＲセンサにより計測された研削加工前の半導体ウェーハ３の厚みｔ１は約７５０μｍであり、保護フィルム５の厚みは約１００μｍ、ガラス基材４の厚みは約１ｍｍである。半導体ウェーハ３は、ウェーハ毎にウェーハ単体の厚みｔ１から取代δ２が求められ、この取代δ２に基づいて例えば３０μｍ程度まで薄く研削加工されるようになっている。
なお、本実施形態では、半導体ウェーハ３と保護フィルム５とガラス基材４とからウェーハ貼り合わせ部材８が構成されている。他の実施形態では、半導体ウェーハ３とガラス基材４とからウェーハ貼り合わせ部材８を構成することもでき、また、保護フィルム５とガラス基材との間の接着剤の厚みを考慮してウェーハ貼り合わせ部材８を構成することもできる。
図１に基づいて、本実施形態の半導体ウェーハ研削装置１の各構成部分について説明する。ターンテーブル２は、円盤状に形成され、その下面にモータ１０の出力軸１１がターンテーブル２の中心軸と同軸上に取り付けられている。このターンテーブル２は、モータ１０の駆動力によって図中矢印Ａ方向に回転される。ターンテーブル２の上面には、図示しない吸着プレート（チャック）が設けられ、この吸着プレートに半導体ウェーハ３に貼り合わされたガラス基材（支持基材）４が真空圧で吸着されるようになっている。これにより、半導体ウェーハ３は、ターンテーブル２上に保持されて、ターンテーブル２と共に回転されるようになる。研削加工後は、吸着プレートに空気を供給することにより、半導体ウェーハ３が吸着プレートから簡単に外されるようになっている。
なお、ガラス基材４には、半導体ウェーハ３と同様の材料物性を有するガラス材料が好適し、両材料物性の違いに起因して研削加工中に加工ひずみが生じないようにされている。ガラス基材４の厚みは、研削加工される半導体ウェーハ３の厚みに応じて定められ、任意である。
研削砥石６には、ターンテーブル２で吸着保持された半導体ウェーハ３の裏面３ｂを研削加工する砥石であり、例えば、液体ボンドを結合材とするカップ型のダイヤモンド砥石が用いられる。結合材を液体ボンドにすることで、砥石が弾性を持ち、砥石６とウェーハ３接触時の衝撃力が緩和され、ウェーハ裏面３ｂを高精度に加工することができる。研削砥石６は、砥石部分６ａを下向きにして主軸ヘッド７に取り付けられている。
また、研削砥石６は、その上面でモータ１７の出力軸１８が研削砥石６の中心軸と同軸上に取り付けられ、このモータ１７の駆動力によって図中矢印Ｂ方向に回転される。主軸ヘッド７に取り付けられた研削砥石６は装置上でツルーイングされ、ウェーハ３と対向する砥石面が平坦に成形される。また、切れ味の低下した砥石６の表面に新しく鋭い切刃を再生させるためにドレッシングが行われる。
主軸ヘッド７は、モータ１７やボールネジ１２等から構成されている。図示しないモータで、ボールネジ１２を駆動すると、研削砥石６を半導体ウェーハ３に対して上下移動させることができる。よって、研削砥石６を半導体ウェーハ３の裏面３ｂに押圧当接させて送り動作させることにより、半導体ウェーハ３の裏面３ｂを研削砥石６で研削することができる。
ボールネジ１２は、Ｌ字状に形成されたラム１４上に固定されている。ラム１４は、可動式であっても固定式であってもどちらでもよく任意であるが、本実施形態のラム１４は固定式である。
ＩＲセンサは、赤外線が金属やガラスやプラスチックを透過する性質を利用して、半導体ウェーハ３とガラス基材４又は保護フィルム５との境界面で反射される赤外光の反射時間を計測することで、図２に示すように、ウェーハ単体の厚みｔ１を測定するものである。このＩＲセンサは、図示しないデータ解析装置やプローブを有するステージユニットや電源コントローラ等と共に測定システムを構成して、研削装置に備わっている。
インプロセスゲージは、接触式のいわゆるタッチセンサであり、接触子としてのプローブの変化が差動トランスによって電圧信号に変換され、変換された電圧信号に基づいてターンテーブル２上面とウェーハ裏面３ｂとの間の距離（Ｐ１−Ｐ２）、すなわちウェーハ貼り合わせ部材８の厚みをインプロセスモニタリングするための測定器である（図４参照）。距離（Ｐ１−Ｐ２）は、ウェーハ貼り合わせ部材８毎に異なるものであるが、距離（Ｐ１−Ｐ２）から取代δ２を減算した位置まで加工されるため、ガラス基材４や保護フィルム５の公差の影響を受けることなく、個々の半導体ウェーハ３を常に同じ厚さに加工することができる。
次に、半導体ウェーハ研削装置１を用いた半導体ウェーハ裏面３ｂの研削方法について説明する。まず、ガラス基材４と一体化された半導体ウェーハ３のウェーハ厚みｔ１を、研削加工前にＩＲセンサを用いて計測する。ウェーハ厚みｔ１の計測値からウェーハ３の最終厚みδ３を減算して取代δ２を求める。取代δ２は、研削装置１が取代制御されるように、図示しない制御装置に入力される。
図２に示すように、加工対象物としての半導体ウェーハ３の表面３ａに貼り合わされたガラス基材４を下向きにして、ウェーハ貼り合わせ部材８をターンテーブル２の上面に保持させる。次に、半導体ウェーハ３をモータ１０で回転させると共に、主軸ヘッド７に取り付けられた研削砥石６をモータ１７で回転させる。続いて、ボールネジ１２を駆動して研削砥石６を下降移動させる。研削砥石６の砥石部分６ａを半導体ウェーハ３の裏面３ｂに押接させ、ターンテーブル２の回転毎に所定の切込み量だけ研削砥石６を下降させて裏面研削をし、半導体ウェーハ３の厚みｔ１から取代分δ２だけ研削を行う。
裏面３ｂの加工が終了すると、研削砥石６を半導体ウェーハ３から退避移動させ、モータ１７を停止して研削砥石６の回転を停止させる。これにより、研削装置１による研削工程が終了する。
研削終了後は、半導体ウェーハ３をターンテーブル２に固定させたままの状態で、図示しない研磨装置によりポリッシングが行われ、加工変質層などが取り除かれる。これにより、ウェーハ３の不用意な割れなどの破損が防止される。研磨終了した半導体ウェーハ３は、ターンテーブル２から取り外されて、ウェーハ処理工程等の次工程に移送され、コーティングやダイシングが行われる。
このように本実施形態の半導体ウェーハ研削装置１及びそれを用いた半導体ウェーハ裏面３ｂの研削方法によれば、半導体ウェーハ３の研削加工前に、半導体ウェーハ単体の厚みｔ１をＩＲセンサで計測することで、ウェーハ３の取代δ２を算出することができ、この取代δ２に基づいてターンテーブル２上に固定されたウェーハ裏面３ｂを研削することで、ガラス基材４の厚みや保護フィルム５の厚みの影響を除外することができ、個々の半導体ウェーハ３単体を正確な厚みに仕上げることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態では、半導体ウェーハ３をターンテーブル２で保持する前に、ウェーハ厚みｔ１が計測されるが、半導体ウェーハ３をターンテーブル２で保持した後に、ウェーハ厚みｔ１を計測することもできる。
また、本実施形態の研削装置１はインプロセスゲージを備えているが、ターンテーブル２に固定される半導体ウェーハ３の裏面位置を計測できるものであれば、他の測定手段に変えることもできる。
また、本実施形態ではＩＲセンサが用いられているが、研削加工前に半導体ウェーハ３単体の厚みｔ１を計測できるものであれば、他の非接触式センサでもよく、可能であれば接触式センサでもよい。
本発明に係る半導体ウェーハ裏面の研削方法の一実施形態を説明するために用いられる説明図である。 図１に示す半導体ウェーハの拡大断面図である。 従来の半導体ウェーハ裏面の研削方法の一例の説明に用いられる説明図である。 図３と同様の方法で研削加工される表面にガラス基材が貼り合わされた半導体ウェーハを示す断面図である。
符号の説明
１ 半導体ウェーハ研削装置
２ ターンテーブル
３ ガラス基材（支持基材）
３ａ 表面
３ｂ 裏面
４ 保護フィルム
６ 研削砥石
８ 貼り合わせ部材

Claims (6)

  1. 回路パターンが形成された表面側に支持基材が貼り合わされた半導体ウェーハの裏面を研削する半導体ウェーハ裏面の研削方法であって、
    前記半導体ウェーハ単体の研削加工前の厚みを計測した後、該厚みから研削加工後の最終厚みを減算して求められた取代に基づいて、前記半導体ウェーハの裏面を研削することを特徴とする半導体ウェーハ裏面の研削方法。
  2. 研削装置のターンテーブル上に前記半導体ウェーハを固定し、該半導体ウェーハを研削する前に、該半導体ウェーハの厚みを計測することを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハ裏面の研削方法。
  3. 前記半導体ウェーハ単体の厚みをＩＲセンサで計測することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウェーハ裏面の研削方法。
  4. 回路パターンが形成された表面側に支持基材が貼り合わされた半導体ウェーハの裏面を研削する半導体ウェーハ研削装置において、
    前記半導体ウェーハ単体の研削加工前の厚みを計測する計測手段を備え、前記研削加工前の厚みから研削加工後の最終厚みを減算して求められた取代に基づいて、前記半導体ウェーハの裏面を研削することを特徴とする半導体ウェーハ研削装置。
  5. 回路パターンが形成された表面側に支持基材が貼り合わされた半導体ウェーハの裏面を研削する半導体ウェーハ研削装置において、
    前記半導体ウェーハ単体の研削加工前の厚みを計測する計測手段と、
    前記ターンテーブル上に前記支持基材を介して前記半導体ウェーハを固定した後に、前記ターンテーブル上面から前記半導体ウェーハの裏面までの寸法をインプロセスで計測するインプロセスゲージと、を備え、
    前記研削加工前の厚みから研削加工後の最終厚みを減算して求められた取代に基づいて、前記半導体ウェーハの裏面を研削することを特徴とする半導体ウェーハ研削装置。
  6. 前記計測手段がＩＲセンサであることを特徴とする請求項４又は５記載の半導体ウェーハ研削装置。
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