(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削装置であって、
ウエーハを保持するチャックテーブルを含むチャックテーブルユニットと、
該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削ホイールを有する研削手段と、
該チャックテーブルに保持されたウエーハの実厚を計測する該チャックテーブルユニットに回動可能に配設された実厚計測手段と、
ウエーハの一方の面に向けて超音波を放出し、該一方の面で反射した超音波とウエーハを透過し他方の面で反射した超音波との時間差によってウエーハの厚みを非接触で計測する該チャックテーブルユニットに回動可能に配設された非接触厚み計測手段とを具備し、
前記非接触厚み計測手段は、超音波を放出する超音波素子と、ウエーハの一方の面及び他方の面で反射した超音波を受け取り時間差を計測する時間差計測部と、該時間差及び計測基準値に基づいてウエーハの厚みを算出する演算部とから構成され、
前記実厚計測手段によって研削前のウエーハの厚さを計測して初期厚さＷ１とし、該初期厚さＷ１を有するウエーハに対して前記時間差計測部で計測した時間差をＴ１とすると、Ｗ１／Ｔ１を前記演算部で用いる前記計測基準値として設定し、該演算部でＷ１／Ｔ１に前記時間差計測部で計測した研削時の時間差Ｔを乗じて、（Ｗ１／Ｔ１）・Ｔでウエーハの厚みＷを算出することを特徴とする研削装置。
【請求項２】
ウエーハを保持するチャックテーブルを含むチャックテーブルユニットと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削ホイールを有する研削手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハの実厚を計測する該チャックテーブルユニットに回動可能に配設された実厚計測手段と、ウエーハの一方の面に超音波を放出し、該一方の面で反射した超音波とウエーハを透過し他方の面で反射した超音波との時間差によってウエーハの厚みを非接触で計測する、超音波を放出する超音波素子と、ウエーハの一方の面及び他方の面で反射した超音波を受け取り時間差を計測する時間差計測部と、該時間差及び計測基準値に基づいてウエーハの厚みを算出する演算部とから構成され、該チャックテーブルユニットに回動可能に配設された非接触厚み計測手段と、を備えた研削装置によるウエーハの研削方法であって、
前記実厚計測手段によって計測された初期厚さをＷ１、該初期厚さＷ１を有するウエーハに対して前記時間差計測部で計測した時間差をＴ１とすると、前記実厚計測手段によって得られたウエーハの初期厚さＷ１に基づいて前記非接触厚み計測手段の演算部で用いる計測基準値をＷ１／Ｔ１に設定し、
該演算部でＷ１／Ｔ１に前記時間差計測部で計測した研削時の時間差Ｔを乗じて、（Ｗ１／Ｔ１）・Ｔでウエーハの厚みＷを算出し、
該非接触厚み計測手段によってウエーハの厚みＷを計測しながらウエーハの研削を遂行することを特徴とするウエーハの研削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエーハの厚みを計測しながらウエーハを研削する研削方法及び研削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ，ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、ダイシング装置（切削装置）によって分割予定ラインを切削して個々のデバイスに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
【０００３】
ウエーハの裏面を研削する研削装置は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削砥石が配設された研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、チャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを計測する厚み計測手段とを備え、ウエーハの厚みを常時検出しながらウエーハを所望の厚みに加工することができる（特許第２９９３８２１号公報参照）。
【特許文献１】特許第２９９３８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の厚み計測手段はウエーハの研削面に計測用の針を接触させながら研削を遂行するため、ウエーハにリング状の傷がつき歪等が発生して品質の低下を招くという問題がある。
【０００５】
特に、インゴットから切り出されたウエーハの表裏面を研削して回路を形成する基礎ウエーハを形成する場合には、この傷が後に行う鏡面加工を阻害する原因となる。
【０００６】
本発明はこのような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、超音波を利用した非接触厚み計測手段を有する研削装置及び研削方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明によると、研削装置であって、ウエーハを保持するチャックテーブルを含むチャックテーブルユニットと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削ホイールを有する研削手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハの実厚を計測する該チャックテーブルユニットに回動可能に配設された実厚計測手段と、ウエーハの一方の面に向けて超音波を放出し、該一方の面で反射した超音波とウエーハを透過し他方の面で反射した超音波との時間差によってウエーハの厚みを非接触で計測する該チャックテーブルユニットに回動可能に配設された非接触厚み計測手段とを具備し、前記非接触厚み計測手段は、超音波を放出する超音波素子と、ウエーハの一方の面及び他方の面で反射した超音波を受け取り時間差を計測する時間差計測部と、該時間差及び計測基準値に基づいてウエーハの厚みを算出する演算部とから構成され、前記実厚計測手段によって研削前のウエーハの厚さを計測して初期厚さＷ１とし、該初期厚さＷ１を有するウエーハに対して前記時間差計測部で計測した時間差をＴ１とすると、Ｗ１／Ｔ１を前記演算部で用いる前記計測基準値として設定し、該演算部でＷ１／Ｔ１に前記時間差計測部で計測した研削時の時間差Ｔを乗じて、（Ｗ１／Ｔ１）・Ｔでウエーハの厚みＷを算出することを特徴とする研削装置が提供される。
【０００９】
請求項２記載の発明によると、ウエーハを保持するチャックテーブルを含むチャックテーブルユニットと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを研削する研削ホイールを有する研削手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハの実厚を計測する該チャックテーブルユニットに回動可能に配設された実厚計測手段と、ウエーハの一方の面に超音波を放出し、該一方の面で反射した超音波とウエーハを透過し他方の面で反射した超音波との時間差によってウエーハの厚みを非接触で計測する、超音波を放出する超音波素子と、ウエーハの一方の面及び他方の面で反射した超音波を受け取り時間差を計測する時間差計測部と、該時間差及び計測基準値に基づいてウエーハの厚みを算出する演算部とから構成され、該チャックテーブルユニットに回動可能に配設された非接触厚み計測手段と、を備えた研削装置によるウエーハの研削方法であって、前記実厚計測手段によって計測された初期厚さをＷ１、該初期厚さＷ１を有するウエーハに対して前記時間差計測部で計測した時間差をＴ１とすると、前記実厚計測手段によって得られたウエーハの初期厚さＷ１に基づいて前記非接触厚み計測手段の演算部で用いる計測基準値をＷ１／Ｔ１に設定し、該演算部でＷ１／Ｔ１に前記時間差計測部で計測した研削時の時間差Ｔを乗じて、（Ｗ１／Ｔ１）・Ｔでウエーハの厚みＷを算出し、該非接触厚み計測手段によってウエーハの厚みＷを計測しながらウエーハの研削を遂行することを特徴とするウエーハの研削方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の研削装置は、実厚計測手段と超音波を利用した非接触厚み計測手段を備えているので、実厚計測手段で計測したウエーハの初期厚さに基づいて非接触厚み計測手段の演算部で用いる計測基準値を設定することができ、非接触厚み計測手段でウエーハの厚みを常時計測しながら研削を遂行してウエーハの研削面に傷を付けることなく、ウエーハを所望の厚さに仕上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明実施形態のウエーハの研削方法及び研削装置を図面を参照して詳細に説明する。図１は所定の厚さに加工される前の半導体ウエーハの斜視図である。図１に示す半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数のストリート１３が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１３によって区画された複数の領域にＩＣ，ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。
【００１２】
このように構成された半導体ウエーハ１１は、デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を備えている。また、半導体ウエーハ１１の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ２１が形成されている。
【００１３】
半導体ウエーハ１１の表面１１ａには、保護テープ貼着工程により保護テープ２３が貼着される。従って、半導体ウエーハ１１の表面１１ａは保護テープ２３によって保護され、図２に示すように裏面１１ｂが露出する形態となる。
【００１４】
以下、このように構成された半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを所定厚さに研削する研削装置２を図３を参照して説明する。研削装置２のハウジング４は、水平ハウジング部分６と、垂直ハウジング部分８から構成される。
【００１５】
垂直ハウジング部分８には上下方向に伸びる１対のガイドレール１２，１４が固定されている。この一対のガイドレール１２，１４に沿って研削手段（研削ユニット）１６が上下方向に移動可能に装着されている。研削ユニット１６は支持部２０を介して一対のガイドレール１２，１４に沿って上下方向に移動する移動基台１８に取り付けられている。
【００１６】
研削ユニット１６は、支持部２０に取り付けられたスピンドルハウジング２２と、スピンドルハウジング２２中に回転可能に収容されたスピンドル２４と、スピンドル２４を回転駆動するサーボモータ２６を含んでいる。
【００１７】
図６に最も良く示されるように、スピンドル２４の先端部にはマウンター２８が固定されており、このマウンター２８には研削ホイール３０がねじ止めされている。例えば、研削ホイール３０はホイール基台３２の自由端部に粒径０．３〜１．０μｍのダイヤモンド砥粒をビトリファイドボンドで固めた複数の研削砥石３４が固着されて構成されている。よって、研削面は鏡面となる。
【００１８】
研削手段（研削ユニット）１６にはホース３６を介して研削水が供給される。好ましくは、研削水としては純水が使用される。図６に示すように、ホース３６から供給された研削水が、スピンドル２４に形成された研削水供給穴３８、マウンター２８に形成された空間４０及び研削ホイール３０のホイール基台３２に形成された複数の研削水供給ノズル４２を介して研削砥石３４及びチャックテーブル５４に保持されたウエーハ１１に供給される。
【００１９】
図３を再び参照すると、研削装置２は、研削ユニット１６を一対の案内レール１２，１４に沿って上下方向に移動する研削ユニット送り機構４４を備えている。研削ユニット送り機構４４は、ボールねじ４６と、ボールねじ４６の一端部に固定されたパルスモータ４８から構成される。パルスモータ４８をパルス駆動すると、ボールねじ４６が回転し、移動基台１８の内部に固定されたボールねじ４６のナットを介して移動基台１８が上下方向に移動される。
【００２０】
水平ハウジング部分６の凹部１０には、チャックテーブルユニット５０が配設されている。チャックテーブルユニット５０は、図４に示すように、支持基台５２と、支持基台５２に回転自在に配設されたチャックテーブル５４を含んでいる。チャックテーブルユニット５０は更に、チャックテーブル５４を挿通する穴を有したカバー５６を備えている。
【００２１】
カバー５６には、研削するウエーハに接触してウエーハの実厚を計測する実厚計測手段５５と、ウエーハに非接触で研削中のウエーハの厚みを計測する非接触厚み計測手段５７が回動可能に配設されている。
【００２２】
チャックテーブルユニット５０は、チャックテーブル移動機構５８により研削装置２の前後方向に移動される。チャックテーブル移動機構５８は、ボールねじ６０と、ボールねじ６０のねじ軸６２の一端に連結されたパルスモータ６４から構成される。
【００２３】
パルスモータ６４をパルス駆動すると、ボールねじ６０のねじ軸６２が回転し、このねじ軸６２に螺合したナットを有する支持基台５２が研削装置２の前後方向に移動する。よって、チャックテーブル５４もパルスモータ６４の回転方向に応じて、前後方向に移動する。
【００２４】
図３に示されているように、図４に示した一対のガイドレール６６，６８及びチャックテーブル移動機構５８は蛇腹７０，７２により覆われている。すなわち、蛇腹７０の前端部は凹部１０を画成する前壁に固定され、後端部がカバー５６の前端面に固定されている。また、蛇腹７２の後端は垂直ハウジング部分８に固定され、その前端はカバー５６の後端面に固定されている。
【００２５】
ハウジング４の水平ハウジング部分６には、第１のウエーハカセット７４と、第２のウエーハカセット７６と、ウエーハ搬送手段７８と、ウエーハ仮載置手段８０と、ウエーハ搬入手段８２と、ウエーハ搬出手段８４と、洗浄手段８６が配設されている。更に、ハウジング４の前方にはオペレータが研削条件等を入力する操作手段８８が設けられている。
【００２６】
また、水平ハウジング部分６の概略中央部には、チャックテーブル５４を洗浄する洗浄水噴射ノズル９０が設けられている。この洗浄水噴射ノズル９０は、チャックテーブルユニット５４がウエーハ搬入・搬出領域に位置づけられた状態において、チャックテーブル５４に保持された研削加工後のウエーハに向けて洗浄水を噴出する。
【００２７】
チャックテーブルユニット５０は、チャックテーブル移動機構５８のパルスモータ６４をパルス駆動することにより、図３に示した装置奥側の研削領域と、ウエーハ搬入手段８２からウエーハを受け取りウエーハ搬出手段８４にウエーハを受け渡す手前側のウエーハ搬入・搬出領域との間で移動される。
【００２８】
このように構成された研削装置２の研削作業について以下に説明する。第１のウエーハカセット７４中に収容されるウエーハは、保護テープが表面側（回路が形成されている側の面）に装着された半導体ウエーハであり、従ってウエーハは裏面が上側に位置する状態で第１のカセット７４中に収容されている。このように複数の半導体ウエーハを収容した第１のウエーハカセット７４は、ハウジング４の所定のカセットを搬入領域に載置される。
【００２９】
そして、カセット搬入領域に載置された第１のウエーハカセット７４に収容されていた研削加工前の半導体ウエーハが全て搬出されると、空のウエーハカセット７４に変えて複数個の半導体ウエーハを収容した新しい第１のウエーハカセット７４が手動でカセット搬入領域に載置される。
【００３０】
一方、ハウジング４の所定のカセット搬出領域に載置された第２のウエーハカセット７６に所定枚数の研削加工後の半導体ウエーハが搬入されると、かかる第２のウエーハカセット７６は手動で搬出されて、新しい空の第２のウエーハカセット７６がカセット搬出領域に載置される。
【００３１】
第１のウエーハカセット７４に収容された半導体ウエーハは、ウエーハ搬送手段７８の上下動作及び進退動作により搬送され、ウエーハ仮載置手段８０に載置される。ウエーハ仮載置手段８０に載置されたウエーハは、ここで中心合わせが行われた後にウエーハ搬入手段８２の旋回動作によって、ウエーハ搬入・搬出領域に位置せしめられているチャックテーブルユニット５０のチャックテーブル５４に載置され、チャックテーブル５４によって吸引保持される。
【００３２】
このようにチャックテーブル５４がウエーハを吸引保持したならば、チャックテーブル移動機構５８を作動して、チャックテーブルユニット５０を移動して装置後方の研削領域に位置づける。そして、実厚計測手段５５により研削前のウエーハの初期厚さが計測される。
【００３３】
チャックテーブルユニット５０が研削領域に位置づけられると、チャックテーブル５４に保持されたウエーハの中心が研削ホイール３０の外周円を僅かに超えた位置に位置づけられる。
【００３４】
次に、チャックテーブル５４を例えば１００〜３００ｒｐｍ程度で回転し、サーボモータ２６を駆動して研削ホイール３０を４０００〜７０００ｒｐｍで回転するとともに、研削ユニット送り機構４４のパルスモータ４８を正転駆動して研削ユニット１６を下降させる。
【００３５】
そして、図６に示すように、研削ホイール３０の研削砥石３４をチャックテーブル５４上のウエーハ１１の裏面（被研削面）に所定の荷重で押圧することにより、ウエーハ１１の裏面が研削される。
【００３６】
このようにして所定時間研削することにより、ウエーハ１１が所定の厚さに研削される。ウエーハの研削中は、後で詳細に説明する非接触厚み計測手段５７によってウエーハの厚みを計測しながらウエーハの研削を遂行する。
【００３７】
研削が終了すると、チャックテーブル移動機構５８を駆動してチャックテーブル５４を装置手前側のウエーハ搬入・搬出領域に位置付ける。チャックテーブル５４がウエーハ搬入・搬出領域に位置付けられたならば、洗浄水噴射ノズル９０から洗浄水を噴射して、チャックテーブル５４に保持されている研削加工されたウエーハ１１の被研削面（裏面）を洗浄する。
【００３８】
チャックテーブル５４に保持されているウエーハ１１の吸引保持が解除されてから、ウエーハ１１はウエーハ搬出手段８４により洗浄手段８６に搬送される。洗浄手段８６に搬送されたウエーハ１１は、ここで洗浄されるとともにスピン乾燥される。次いで、ウエーハ１１がウエーハ搬送手段７８により第２のウエーハカセット７６の所定位置に収納される。
【００３９】
次に、図７を参照して、本発明実施形態に係る非接触厚み計測手段５７の詳細について説明する。９２は非接触厚み計測手段５７のハウジングであり、このハウジング９２の先端部と、隔壁９４と、ウエーハ１１の上面との間に水充填室９６が画成されている。
【００４０】
管路９８の一端９８ａは水源１００に接続され、他端９８ｂは水充填室９６に開口している。１０２は切替弁である。ハウジング９２の先端９２ａとウエーハ１１との間の間隔は約０．５〜１ｍｍに維持するのが好ましい。
【００４１】
１０４は超音波伝達ロッドであり、その下端部が水充填室９６に突出するように隔壁９４に取り付けられている。超音波伝達ロッド１０４は、例えば水晶、又はアクリル樹脂等の樹脂から形成されている。
【００４２】
超音波伝達ロッド１０４の上端には超音波素子１０６が搭載固定されている。超音波素子１０６は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＢ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３）等から構成されている。チタン酸ジルコン酸鉛は、ＰＺＴの通称で呼ばれることがある。
【００４３】
超音波素子１０６は、例えば６ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの超音波を発生する。超音波素子１０６が発生した超音波は超音波伝達ロッド１０４を伝達して、上向きになっているウエーハ１１の裏面１１ｂに向けて放出される。
【００４４】
パルス電圧発生部１０８は、例えば２５０Ｖのパルス電圧を１秒間に１０００回程度発振して超音波素子１０６を駆動する。時間差計測部１１０は、ウエーハ１１の一方の面１１ｂで反射した超音波Ｒ１及びウエーハ１１を透過し他方の面１１ａで反射した超音波Ｒ２を受け取り、Ｒ１とＲ２の到着時刻の時間差Ｔを計測する。
【００４５】
演算部１１２は、時間差計測部１００が計測した時間差Ｔ及び計測基準値に基づいて、ウエーハ１１の厚みを算出する。この計測基準値は、以下のようにして設定される。すなわち、研削前のウエーハ１１の厚みＷ１を実厚計測手段５５で計測する。
【００４６】
次いで、パルス電圧発生部１０８でパルス電圧を発生して超音波素子１０６を駆動し、時間差計測部１１０で一方の面１１ｂで反射された超音波Ｒ１と他方の面１１ａで反射された超音波Ｒ２の到着時刻の時間差Ｔ１を計測する。演算部１１２では、Ｗ１／Ｔ１を計測基準値として設定する。
【００４７】
本実施形態では、実厚計測手段５５によるウエーハ１１の厚さの計測は、初期厚さＷ１の計測にのみ使用する。研削ホイール３０による研削遂行時には実厚計測手段５５をウエーハ１１の上から退避させて、非接触厚み計測手段５７によりウエーハ１１の厚みを計測しながらウエーハの研削を遂行する。
【００４８】
すなわち、パルス電圧発生部１０８でパルス電圧を発生して超音波素子１０６を駆動し、ウエーハ１１の一方の面１１ｂで反射された超音波Ｒ１とウエーハ１１の他方の面１１ａで反射された超音波Ｒ２の到着時刻の差Ｔを時間差計測部１１０で計測する。
【００４９】
演算部１１２では、計測基準値（Ｗ１／Ｔ１）に時間差Ｔを乗じることにより研削中のウエーハ１１の厚みＷを算出することができる。すなわち、演算部１１２では、Ｗ＝（Ｗ１／Ｔ１）×Ｔの演算を実行する。
【００５０】
演算部１１２で演算して得られたウエーハ１１の厚みＷは研削装置２のコントローラ１１４に入力され、ウエーハ１１の所望の厚みが得られたならば研削装置２によるウエーハ１１の研削を終了する。
【００５１】
尚、ウエーハ１１の研削中は水源１００から水充填室９６内に常に水を供給して水充填室９６を充満し、この状態でウエーハ１１の研削及び非接触厚み計測手段５７によるウエーハ１１の厚みの計測を実行する。供給される水は純水が好ましい。水充填室９６内を水で充満するのは、放出される超音波を安定させるためである。
【００５２】
上述した本実施形態によると、研削装置はウエーハ１１の実厚を計測する実厚計測手段５５と、超音波を利用した非接触厚み計測手段５７とを備えているので、実厚計測手段５５で計測したウエーハ１１の初期厚さＷ１に基づいて非接触厚み計測手段５７の演算部１１２で用いる計測基準値（Ｗ１／Ｔ１）を設定することができ、非接触厚み計測手段５７でウエーハ１１の厚みを常時計測しながら研削を遂行してウエーハの研削面に傷を付けることなく、ウエーハ１１を所望の厚さに仕上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】半導体ウエーハの表側斜視図である。
【図２】保護テープが貼着された半導体ウエーハの裏面側斜視図である。
【図３】本発明実施形態に係る研削装置の外観斜視図である。
【図４】チャックテーブルユニット及びチャックテーブル送り機構の斜視図である。
【図５】下側から見た研削ホイールの斜視図である。
【図６】研削ホイールの縦断面図である。
【図７】本発明の要部を示す一部断面ブロック図である。
【符号の説明】
【００５４】
２      研削装置
１１    半導体ウエーハ
１６    研削手段（研削ユニット）
２４    スピンドル
２６    サーボモータ
３０    研削ホイール
３４    研削砥石
５０    チャックテーブルユニット
５４    チャックテーブル
５５    実厚計測手段
５７    非接触厚み計測手段
１０４    超音波伝達ロッド
１０６    超音波素子
１０８    パルス電圧発生部
１１０    時間差計測部
１１２    演算部
【図１】
0005160190.tif 000002
【図２】
0005160190.tif 000003
【図３】
0005160190.tif 000004
【図４】
0005160190.tif 000005
【図５】
0005160190.tif 000006
【図６】
0005160190.tif 000007
【図７】
0005160190.tif 000008