JP2015071198A

JP2015071198A - 板状物の研削方法

Info

Publication number: JP2015071198A
Application number: JP2013207468A
Authority: JP
Inventors: 大野　勝利; Katsutoshi Ono; 勝利大野
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-16

Abstract

【課題】内部応力による破損の可能性を低く抑えることができる板状物の研削方法を提供する。
【解決手段】板状物１１の研削方法を、板状物に超音波Ｕを伝播させて板状物の内部応力を検出する応力検出ステップと、応力検出ステップで検出された板状物の内部応力に応じて研削条件を設定する研削条件設定ステップと、該研削条件設定ステップで設定された研削条件を用いて板状物を研削手段で研削する研削ステップと、を備える構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハや光デバイスウェーハに代表される板状物の研削方法に関する。

近年、小型軽量なデバイスを実現するために、半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等の板状物を薄く研削することが求められている。研削装置の保持テーブルに板状物を保持させて、回転する研削ホイールを板状物の被加工面に押し付けることで、板状物を研削できる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−４１９９１号公報

ところで、表面にデバイスが形成された半導体ウェーハや、エピタキシャル膜が形成された光デバイスウェーハ、デバイスをモールド材で封止したＷＬ−ＣＳＰ（Wafer Level−Chip Size Package）ウェーハ等の内部には、積層構造に起因する大きな応力（内部応力）が発生している。

そのため、これらの板状物を薄く研削すると、内部応力で板状物が反り、場合によっては板状物が破損してしまう。通常、これらの板状物には多数のデバイスが形成されているので、１枚の板状物が破損すると多くのデバイスに不良を生じ、損失は極めて大きくなる。

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、内部応力による破損の可能性を低く抑えることができる板状物の研削方法を提供することである。

本発明によれば、板状物の研削方法であって、板状物に超音波を伝播させて板状物の内部応力を検出する応力検出ステップと、該応力検出ステップで検出された板状物の内部応力に応じて研削条件を設定する研削条件設定ステップと、該研削条件設定ステップで設定された該研削条件を用いて板状物を研削手段で研削する研削ステップと、を備えたことを特徴とする板状物の研削方法が提供される。

また、本発明において、該応力検出ステップで検出された板状物の内部応力が所定の値を超えた場合に研削を実施しないと判断する判断ステップを更に備えることが好ましい。

本発明の板状物の研削方法は、板状物に超音波を伝播させて内部応力を検出すると共に、検出された内部応力に対応する研削条件で板状物を研削するので、内部応力による板状物の破損の可能性を低く抑えることができる。

本実施の形態に係る応力検出ステップを模式的に示す図である。本実施の形態に係る研削ステップを模式的に示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る板状物の研削方法は、応力検出ステップ（図１参照）、研削条件設定ステップ、研削ステップ（図２参照）を含む。

応力検出ステップでは、板状物に超音波を伝播させる複屈折音弾性法（音弾性法）を利用して応力（内部応力）を検出する。研削条件設定ステップでは、検出された応力に応じて板状物が破損し難い研削条件を設定する。研削ステップでは、設定された研削条件で板状物を研削する。以下、本実施の形態に係る板状物の研削方法について詳述する。

本実施の形態の板状物の研削方法では、まず、板状物の応力を検出する応力検出ステップを実施する。図１は、本実施の形態に係る応力検出ステップを模式的に示す図である。図１に示すように、応力検出ステップは、応力検出装置２を用いて実施される。

応力検出装置２は、伝播方向に対して垂直な方向に振動する超音波Ｕを発振すると共に、その反射波Ｒを検出可能な圧電素子４を備えている。圧電素子４は、板状物１１の厚さ方向に超音波Ｕを伝播させることができるように、被加工物１１の表面に配置される。

板状物１１は、サファイアウェーハ１３の表面側に、光デバイスを構成するエピタキシャル膜１５が設けられた光デバイスウェーハである。ただし、板状物１１の構成はこれに限定されない。例えば、表面にデバイスが形成された半導体ウェーハや、デバイスをモールド材で封止したＷＬ−ＣＳＰ（Wafer Level−Chip Size Package）ウェーハ等を板状物１１としても良い。

圧電素子４には、音速測定装置６が接続されている。この音速測定装置６は、例えば、シング・アラウンド方式で音速を測定する装置であり、超音波Ｕの発振から反射波Ｒの検出までに要する時間（伝播時間）を積算して、超音波Ｕ（及び反射波Ｒ）の伝播速度（音速）を算出する。

音速測定装置６には、演算装置８が接続されている。演算装置８は、例えば、下記式（１）に基づいて、板状物１１の応力に相当する音響異方性ａを算出する。なお、下記式（１）において、ｖ_１は、伝播方向に対して垂直な第１方向に振動する超音波Ｕ（又は反射波Ｒ）の伝播速度を示し、ｖ_２は、伝播方向及び第１方向に対して垂直な第２方向に振動する超音波Ｕ（又は反射波Ｒ）の伝播速度を示す。

本実施の形態に係る応力検出ステップでは、上述した応力検出装置２を用い、複屈折音弾性法で板状物１１の応力を検出する。ここで、複屈折音弾性法とは、互いに直交する方向に偏向する２つの弾性振動波（音波）の速度差が主応力差に比例する現象を利用した応力検出方法である。

複屈折音弾性法では、上記式（１）に示すように、対象内部の応力を、無次元化された音響異方性（音響複屈折）ａとして数値化する。よって、応力検出ステップにおいては、まず、板状物１１の厚さ方向と垂直な第１方向に偏向する超音波Ｕを圧電素子４で発振させて、その反射波Ｒを検出し、音速測定装置６で伝播速度ｖ_１を算出する。

また、板状物１１の厚さ方向及び第１方向と垂直な第２方向に偏向する超音波Ｕを圧電素子４で発振させて、その反射波Ｒを検出し、音速測定装置６で伝播速度ｖ_２を算出する。第２方向に偏向する超音波Ｕは、例えば、圧電素子４を、被加工物１１の表面と平行な面内において９０度回転させることにより発振される。伝播速度ｖ_１，ｖ_２を算出した後には、演算装置８で板状物１１の音響異方性ａを算出する。

上述のように、複屈折音弾性法では、残留応力等の応力に相当する音響異方性ａを非破壊で測定できるので、本実施の形態に係る応力検出ステップに適している。また、この複屈折音弾性法によれば、不透明な板状物１１の応力に相当する音響異方性ａを検出することもできる。

なお、上述のようにして得られる音響異方性ａは、応力に換算されても良い。例えば、応力と音響異方性ａとの関係を示すテーブルを予め用意しておくことで、音響異方性ａを応力に換算できる。このテーブルは、例えば、演算装置８内のメモリ（不図示）に格納しておけばよい。

応力検出ステップの後には、検出された応力に応じて板状物１１の研削条件を設定する研削条件設定ステップを実施する。後の研削ステップにおいて板状物１１を研削する研削装置１０（図２参照）のメモリ（不図示）には、例えば、以下のテーブルが格納されている。

応力検出ステップで検出された板状物１１の応力（又は音響異方性ａ）は、応力検出装置２から研削装置１０に送られる。研削装置１０のコントローラ（不図示）は、応力検出装置２から受け取った応力及び上記テーブルを参照して研削条件を設定（選定）する。

すなわち、研削装置１０のコントローラは、板状物１１の応力が１００〜２００（ＭＰａ）の場合に、研削送り速度（スピンドル１６（図２参照）の下降速度）を２（μｍ／ｓ）に設定し、板状物１１の応力が２００〜３００（ＭＰａ）の場合に、研削送り速度を１（μｍ／ｓ）に設定する。また、板状物１１の応力が３００〜４００（ＭＰａ）の場合に、研削送り速度を０．５（μｍ／ｓ）に設定し、板状物１１の応力が４００〜５００（ＭＰａ）の場合に、研削送り速度を０．３（μｍ／ｓ）に設定する。

さらに、研削装置１０のコントローラは、板状物１１の応力が５００（ＭＰａ）を超える場合に、研削不可と判定し、板状物１１の研削を回避する。このように、研削条件設定ステップにおいて、板状物１１の応力が所定の値を超える場合に研削不可（研削を実施しない）と判断する判断ステップを備えることで、研削装置１０内において板状物１１が破損する可能性を低減できる。これにより、研削装置１０のメンテナンスが容易になる。

なお、この研削条件設定ステップでは、板状物１１の応力に応じて研削送り速度を設定しているが、研削条件設定ステップにおいて設定される研削条件は研削送り速度に限定されない。例えば、供給される水の量や、チャックテーブル１２（図２参照）の回転数、スピンドル１６の回転数等の研削条件を研削条件設定ステップにおいて設定しても良い。

研削条件設定ステップ（判断ステップを含む）の後には、設定された研削条件で板状物１１を研削する研削ステップを実施する。図２は、研削ステップを模式的に示す斜視図である。

図２に示すように、研削装置１０は、板状物１１を吸引保持する保持テーブル１２を備えている。保持テーブル１２の下方には、回転機構（不図示）が設けられており、保持テーブル１２は、この回転機構で鉛直軸の周りに回転する。また、保持テーブル１２の下方には、移動機構（不図示）が設けられており、保持テーブル１２は、この移動機構で水平方向に移動する。

保持テーブル１２の表面は、板状物１１を吸引保持する保持面となっている。この保持面には、保持テーブル１２の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）の負圧が作用し、板状物１１を吸引する吸引力が発生する。

保持テーブル１２の上方には研削機構（研削手段）１４が配置されている。研削機構１４は、鉛直軸の周りに回転するスピンドル１６を備えている。スピンドル１６は、昇降機構（不図示）で昇降される。

スピンドル１６の下端側には、円盤状のホイールマウント１８が固定されており、このホイールマウント１８には、研削ホイール２０が装着されている。研削ホイール２０は、アルミニウム、ステンレス等の金属材料で形成されたホイール基台２０ａを備えている。ホイール基台２０ａの円環状の下面には、全周にわたって複数の研削砥石２０ｂが固定されている。

研削ステップでは、まず、板状物１１の表面側（エピタキシャル膜側）に保護テープ２１を貼着する。次に、この保護テープ２１側を保持テーブル１２の保持面に接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、板状物１１は、保護テープ２１を介して保持テーブル１２に吸引保持される。この状態では、板状物１１の裏面側が上方に露出されている。

次に、保持テーブル１２とスピンドル１６とを、それぞれ所定の回転方向に回転させつつ、スピンドル１６を下降させ、図２に示すように、板状物１１の裏面側に研削砥石２０ｂを接触させる。

スピンドル１６は、研削条件設定ステップで設定された所定の研削送り速度で下降する。これにより、板状物１１を破損させることなく研削できる。板状物１１が仕上げ厚さまで研削されると、研削ステップは終了する。なお、板状物１１の厚さは、厚さ測定装置（不図示）でリアルタイムに測定される。

以上のように、本実施の形態に係る板状物の研削方法は、板状物１１に超音波Ｕを伝播させて応力（内部応力）を検出すると共に、検出された応力に対応する研削条件で板状物１１を研削するので、応力による板状物１１の破損の可能性を低く抑えることができる。

なお、本発明は上記実施の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、上記実施の形態では、応力検出ステップにおいて板状物１１に超音波Ｕを伝播させているが、板状物１１に伝播させる音波（弾性振動波）の周波数（振動数）は特に限定されない。例えば、可聴域の音波を板状物１１に伝播させても良い。

また、上記実施の形態では、１個の圧電素子４を９０度回転させることで第１方向及び第２方向に偏向する超音波Ｕを発振しているが、第１方向に偏向する超音波を発振する圧電素子と第２方向に偏向する超音波を発振する圧電素子とを別に設けても良い。同様に、発振用の圧電素子と、検出用の圧電素子とを別に設けることもできる。

また、上記実施の形態では、研削条件設定ステップ（判断ステップを含む）において、あらかじめ用意されたテーブルから研削条件を選定しているが、研削条件は任意の方法で設定できる。例えば、検出された応力及びオペレータの経験に基づいて研削条件を設定しても良い。

また、応力検出ステップ及び研削条件設定ステップ（判断ステップを含む）は、複数回繰り返し実施されても良い。例えば、研削の進行に応じて応力が変化するような板状物１１を研削する場合には、任意のタイミングで応力検出ステップを再び実施して、研削条件を設定し直すことができる。これにより、研削の進行に伴う応力の変化に対応できるので、板状物１１の破損の可能性をさらに低く抑えることができる。もちろん、応力が変化しない板状物１１の研削においては、応力検出ステップ及び研削条件設定ステップを１回実施するだけで構わない。

また、上記実施の形態では、応力検出装置２と研削装置１０とを別に設けているが、応力検出装置２は研削装置１０に組み込まれていても良い。その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、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。

１１板状物
１３サファイアウェーハ
１５エピタキシャル膜
２１保護テープ
２応力検出装置
４圧電素子
６音速測定装置
８演算装置
１０研削装置
１２保持テーブル
１４研削機構（研削手段）
１６スピンドル
１８ホイールマウント
２０研削ホイール
２０ａホイール基台
２０ｂ研削砥石
Ｕ超音波
Ｒ反射波

Claims

板状物の研削方法であって、
板状物に超音波を伝播させて板状物の内部応力を検出する応力検出ステップと、
該応力検出ステップで検出された板状物の内部応力に応じて研削条件を設定する研削条件設定ステップと、
該研削条件設定ステップで設定された該研削条件を用いて板状物を研削手段で研削する研削ステップと、を備えたことを特徴とする板状物の研削方法。
該応力検出ステップで検出された板状物の内部応力が所定の値を超えた場合に研削を実施しないと判断する判断ステップを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の板状物の研削方法。