JP2008130808A - 研削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１種類の砥石ホイールによって異なる直径を持った複数種類の半導体ウエーハを研削するすることができる研削加工方法を提供する。
【解決手段】ウェーハ１の内周側の部分を所定厚さまで研削したら、砥石４５ｂ（４６ｂ）を上昇させてウェーハ１の外周側へ移動させる。そして、砥石４５ｂ（４６ｂ）の刃先部がウェーハ１に形成すべき凹部１Ａの内周面５Ｂに接するように砥石４５ｂ（４６ｂ）、砥石４５ｂ（４６ｂ）を下降させてウェーハ１を研削する。
【選択図】図８

Description

本発明は、表面に複数のデバイスが形成されたデバイス領域を備えた半導体ウエーハ等の裏面を研削して所定厚さに薄化させるウェーハ研削加工装置に係り、特に、異なる直径を持った複数種類の半導体ウエーハを研削する技術に関する

シリコンなどの単結晶半導体ウェーハの表面にデバイスを形成した半導体ウェーハを薄化する方法として、デバイス形成領域に対応する裏面のみを必要な厚みに加工し、外周余剰領域をデバイス形成領域よりも厚く残す研削加工方法が知られている（例えば特許文献１、特許文献２）。この研削加工方法では、半導体ウェーハを研削装置の吸着テーブルに裏面を露出する向きに吸着固定し、半導体ウェーハの半径に略等しい直径の円形の刃先部を有する砥石ホイールを、その刃先部が半導体ウェーハの回転中心を通るような位置関係で双方を自転させ、砥石ホイールを半導体ウェーハ裏面に押圧することでデバイス形成領域に対応する裏面を研削し凹部に加工することができる。

特開2004-281551 特開2005-123425

半導体ウェーハには直径が３００ｍｍや２００ｍｍ、１５０ｍｍなどいくつかの直径のものが併用されており、製造されるデバイスの種類などによって使い分けられている。デバイス形成領域に対応する裏面のみを必要な厚みに加工する場合、加工される半導体ウェーハの半径に略等しい直径を有する環状の砥石ホイールを研削手段に装着する必要があるが、加工される半導体ウェーハの外径が異なる場合にはそれに合った外径の砥石ホイールを装着し直すことになる。

砥石ホイールの交換作業は、ある程度の熟練を要する作業であるとともに、それぞれの直径の砥石ホイール毎に、砥石刃先部の平面出しであるツルーイングや、結合材を除去して砥粒を目立するドレッシングを行う必要があり、時間的ロスや砥石の寿命を短命化する物的ロスが生じる。

本発明は、上記従来技術の事情に鑑みてなされたもので、１種類の砥石ホイールによって異なる直径を持った複数種類の半導体ウエーハを研削するすることができ、よって、砥石ホイールの交換作業を省略するとともに、時間的ロスや砥石の寿命を短命化する物的ロスを低減することができる研削加工方法を提供することを目的としている。

本発明の第１の特徴は、円盤状のウェーハの少なくとも片面を、外周部を残して該外周部の内側を研削する研削加工方法であって、ウェーハを保持するチャックテーブルと、チャックテーブルを自転可能に支持し、チャックテーブルに対してウェーハを着脱させるウェーハ着脱位置と、ウェーハを研削する研削位置との２位置に、該チャックテーブルを位置付けるテーブル移動手段と、チャックテーブルに保持されたウェーハの少なくとも回転中心と外周部の内周縁のいずれかを通過する環状の砥石ホイールと、砥石ホイールを回転させる回転駆動源とを有し、研削位置に位置付けられたウェーハを研削する研削手段と、研削手段を、チャックテーブルのウェーハ保持面に対して垂直な方向に移動させる垂直方向移動手段と、研削手段と前記チャックテーブルとを、該チャックテーブルのウェーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる平行方向移動手段と、を備えるウェーハ研削加工装置を用い、複数の種類の直径の円盤状のウェーハの少なくとも片面を、外周部を残して該外周部の内側を研削し凹部を形成する加工方法において、砥石ホイールの直径は、複数の種類の直径の円盤状のウェーハの内最小の直径を有するウェーハの直径の値の略二分の一に相当する値かまたはそれ以下の値であり、研削手段によって研削ホイールの直径の２倍よりも大きな直径を有するウェーハを加工する際には、平行方向移動手段によって研削手段とチャックテーブルを相対的に砥石ホイールの刃先部が保持手段の回転中心と凹部の内周側壁との二ヶ所に接するよう移動させて所望の寸法の凹部を得ることを特徴としている。

また、本発明の第２の特徴は、円盤状のウェーハの少なくとも片面を、外周部を残して該外周部の内側を研削する研削加工方法であって、ウェーハを保持するチャックテーブルと、チャックテーブルを自転可能に支持し、チャックテーブルに対してウェーハを着脱させるウェーハ着脱位置と、ウェーハを粗研削する第１の研削位置と、粗研削後のウェーハを仕上げ研削する第２の研削位置の３位置に、該チャックテーブルを位置付けるターンテーブルと、チャックテーブルに保持されたウェーハの少なくとも回転中心と外周部の内周縁のいずれかを通過する環状の第１の砥石ホイールと、第１の砥石ホイールを回転させる回転駆動源とを有し、第１の研削位置に位置付けられたウェーハを粗研削する第１の研削手段と、チャックテーブルに保持されたウェーハの少なくとも回転中心と外周部の内周縁のいずれかを通過する環状の第２の砥石ホイールと、該第２の砥石ホイールを回転させる回転駆動源とを有し、第２の研削位置に位置付けられたウェーハを仕上げ研削する第２の研削手段と、第１の研削手段を、チャックテーブルのウェーハ保持面に対して垂直な方向に移動させる第１の垂直方向移動手段と、第１の研削手段と前記チャックテーブルとを、該チャックテーブルのウェーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる第１の平行方向移動手段と、第２の研削手段を、チャックテーブルのウェーハ保持面に対して垂直な方向に移動させる第２の垂直方向移動手段と、第２の研削手段とチャックテーブルとを、該チャックテーブルのウェーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる第２の平行方向移動手段と、を備えるウェーハ研削加工装置を用い、複数の種類の直径の円盤状のウェーハの少なくとも片面を、外周部を残して該外周部の内側を研削し凹部を形成する加工方法において、第１、第２の砥石ホイールの直径は、複数の種類の直径の円盤状のウェーハの内最小の直径を有するウェーハの直径の値の略二分の一に相当する値かまたはそれ以下の値であり、第１、第２の研削手段によって第１、第２の砥石ホイールの直径の２倍よりも大きな直径を有するウェーハを加工する際には、第１、第２の平行方向移動手段によって第１、第２の研削手段と前記チャックテーブルを相対的に第１、第２の砥石ホイールの刃先部が保持手段の回転中心と凹部の内周側壁との二ヶ所に接するよう移動させて所望の寸法の凹部を得ることを特徴としている。

本発明の第１の特徴は、チャックテーブルを自転可能に支持し、チャックテーブルに対してウェーハを着脱させるウェーハ着脱位置と、ウェーハを研削する研削位置との２位置に、該チャックテーブルを位置付けるテーブル移動手段を備えている。一方、本発明の第２の特徴は、チャックテーブルを自転可能に支持し、チャックテーブルに対してウェーハを着脱させるウェーハ着脱位置と、ウェーハを粗研削する第１の研削位置と、粗研削後のウェーハを仕上げ研削する第２の研削位置の３位置に、該チャックテーブルを位置付けるターンテーブルを備えている。第１、第２の特徴においては、研削加工後のウェーハを研磨する研磨位置を設けることもできる。なお、以下の説明においては、第２の特徴における「第１」および「第２」を省略して第１、第２の特徴の総称とすることがある。

本発明の研削加工方法では、砥石ホイールの直径は、複数の種類の直径の円盤状のウェーハの内最小の直径を有するウェーハの直径の値の略二分の一に相当する値かまたはそれ以下の値である。ここで、砥石ホイールの直径が最小の直径を有するウェーハの直径の値の略二分の一に相当する値である場合には、砥石ホイールの刃先部が保持手段の回転中心と凹部の内周側壁との二ヶ所に接するよう研削手段を位置させることにより、凹部を加工することができる。また、研削手段によって研削ホイールの直径の２倍よりも大きな直径を有するウェーハを加工する際には、平行方向移動手段によって研削手段とチャックテーブルを相対的に砥石ホイールの刃先部が保持手段の回転中心と凹部の内周側壁との二ヶ所に接するよう移動させて所望の寸法の凹部を得る。

たとえば、先ず、砥石ホイールの刃先部が保持手段の回転中心と接するか重なり合うように研削手段を位置させてウェーハの裏面を所定の深さまで研削する。次いで、砥石ホイールを上昇させて研削手段とチャックテーブルを相対的に移動させ、砥石ホイールの刃先部が凹部の内周側壁に接するように研削手段を位置させ、その状態でウェーハの裏面を上記所定の深さまで研削する。これにより、砥石ホイールの直径の２倍よりも大きな内径の凹部を加工することができる。また、上記とは逆に、凹部の外周側を先に加工して内周側を後に加工することもできる。あるいは、平行方向移動手段により研削手段とチャックテーブルを相対的に移動させながら、垂直方向移動手段により研削手段をウェーハ側へ移動させて砥石ホイールでウェーハを研削してもよい。

本発明によれば、１種類の砥石ホイールによって異なる直径を持った複数種類の半導体ウエーハを研削するすることができ、よって、砥石ホイールの交換作業を省略するとともに、時間的ロスや砥石の寿命を短命化する物的ロスを低減することができる等の効果を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］半導体ウエーハ
図１の符号１は、一実施形態のウェーハ研削加工装置によって裏面に凹部が形成される円盤状の半導体ウエーハ（以下ウエーハと略称）を示している。このウエーハ１はシリコンウエーハ等であって、加工前の厚さは例えば６００〜７００μｍ程度である。ウエーハ１の表面には、格子状の分割予定ライン２によって複数の矩形状の半導体チップ３が区画されており、これら半導体チップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。

複数の半導体チップ３は、ウエーハ１と同心の概ね円形状のデバイス形成領域４に形成されている。デバイス形成領域４はウエーハ１の大部分を占めており、このデバイス形成領域４の周囲のウエーハ外周部が、半導体チップ３が形成されない環状の外周余剰領域５とされている。また、ウエーハ１の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状のノッチ６が形成されている。このノッチ６は、外周余剰領域５内に形成されている。ウエーハ１は、最終的には分割予定ライン２に沿って切断、分割され、複数の半導体チップ３に個片化される。本実施形態に係るウェーハ研削加工装置は、半導体チップ３に個片化する前の段階でウエーハ１の裏面のデバイス形成領域４に対応する領域を目的厚さまで研削して薄化し、裏面に凹部を形成する装置である。

ウエーハ１を裏面研削する際には、電子回路を保護するなどの目的で、図１に示すように電子回路が形成された側の表面に保護テープ７が貼着される。保護テープ７は、例えば厚さ１００〜２００μｍ程度のポリエチレンやポリオレフィンシートの片面に１０μｍ程度の粘着剤を塗布した構成のものが用いられる。

［２］ウェーハ研削加工装置の構成
続いて、本実施形態を実施するためのウェーハ研削加工装置を説明する。
図３は、ウェーハ研削加工装置１０の全体を示しており、このウェーハ研削加工装置１０は、上面が水平とされた直方体状の基台１１を備えている。図３では、基台１１の長手方向、長手方向に直交する水平な幅方向および鉛直方向を、それぞれＹ方向、Ｘ方向およびＺ方向で示している。基台１１のＹ方向一端部には、Ｘ方向（ここでは左右方向とする）に並ぶ一対のコラム１２，１３が立設されている。基台１１上には、Ｙ方向のコラム１２，１３側にウエーハ１を研削加工する加工エリア１１Ａが設けられ、コラム１２，１３とは反対側に、加工エリア１１Ａに加工前のウエーハ１を供給し、かつ、加工後のウエーハ１を回収する着脱エリア１１Ｂが設けられている。

加工エリア１１Ａには、回転軸がＺ方向と平行で上面が水平とされた円盤状のターンテーブル２０が回転自在に設けられている。このターンテーブル２０は、図示せぬ回転駆動機構によって矢印Ｒ方向に回転させられる。ターンテーブル２０上の外周部には、回転軸がＺ方向と平行で、上面（ウエーハ保持面）３０ａが水平とされた複数（この場合は３つ）の円盤状のチャックテーブル３０が、周方向に等間隔をおいて回転自在に配置されている。

これらチャックテーブル３０は一般周知の真空チャック式であり、上面３０ａに載置されるウエーハ１を吸着、保持する。各チャックテーブル３０は、それぞれがターンテーブル２０内に設けられた図示せぬ回転駆動機構によって、一方向、または両方向に独自に回転すなわち自転するようになっており、ターンテーブル２０が回転すると公転の状態になる。

図３に示すように２つのチャックテーブル３０がコラム１２、１３側でＸ方向に並んだ状態において、それらチャックテーブル３０のほぼ直上には、ターンテーブル２０の回転方向上流側から順に、粗研削ユニット（第１の研削手段）４０Ａと、仕上げ研削ユニット（第２の研削手段）４０Ｂとが、それぞれ配されている。各チャックテーブル３０は、ターンテーブル２０の間欠的な回転によって、粗研削ユニット４０Ａの下方である粗研削位置と、仕上げ研削ユニット４０Ｂの下方である仕上げ研削位置と、着脱エリア１１Ｂに最も近付いた着脱位置との３位置にそれぞれ位置付けられるようになっている。

粗研削ユニット４０Ａおよび仕上げ研削ユニット４０Ｂは、コラム（粗研削側コラム１２、仕上げ研削側コラム１３）にそれぞれ取り付けられている。これらコラム１２，１３に対する粗研削ユニット４０Ａおよび仕上げ研削ユニット４０Ｂの取付構造は同一であってＸ方向で左右対称となっている。そこで、図３を参照して仕上げ研削側を代表させてその取付構造を説明する。

仕上げ研削側コラム１３の加工エリア１１Ａに面する前面１３ａは、基台１１の上面に対しては垂直面であるが、Ｘ方向の中央から端部に向かうにしたがって奥側（反着脱エリア１１Ｂ側）に所定角度で斜めに後退したテーパ面に形成されている。このテーパ面１３ａ（粗研削側のコラム１２ではテーパ面１２ａ）の水平方向すなわちテーパ方向は、仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線に対して平行になるように設定されている。そしてこのテーパ面１３ａには、Ｘ軸送り機構（第２の平行方向移動手段）５０を介してＸ軸スライダ５５が取り付けられ、さらにＸ軸スライダ５５にはＺ軸送り機構（第２の垂直方向移動手段）６０を介してＺ軸スライダ６５が取り付けられている。

Ｘ軸送り機構５０は、テーパ面１３ａ（１２ａ）に固定された上下一対のガイドレール５１と、これらガイドレール５１の間に配されてＸ軸スライダ５５に螺合して貫通する図示せぬねじロッドと、このねじロッドを正逆回転させるモータ５３とから構成される。ガイドレール５１およびねじロッドはいずれもテーパ面１３ａ（１２ａ）のテーパ方向と平行に延びており、Ｘ軸スライダ５５はガイドレール５１に摺動自在に装着されている。Ｘ軸スライダ５５は、モータ５３で回転するねじロッドの動力が伝わりガイドレール５１に沿って往復移動するようになっている。Ｘ軸スライダ５５の往復方向は、ガイドレール５１の延びる方向、すなわちテーパ面１３ａ（１２ａ）のテーパ方向と平行である。

Ｘ軸スライダ５５の前面はＸ・Ｚ方向に沿った面であり、その前面に、Ｚ軸送り機構６０が設けられている。Ｚ軸送り機構６０は、Ｘ軸送り機構５０の送り方向をＺ方向に変更させた構成であって、Ｘ軸スライダ５５の前面に固定されたＺ方向に延びる左右一対（図３では右側の１つしか見えない）のガイドレール６１と、これらガイドレール６１の間に配されてＺ軸スライダ６５に螺合して貫通するＺ方向に延びるねじロッド６２と、このねじロッド６２を正逆回転させるモータ６３とから構成される。Ｚ軸スライダ６５は、ガイドレール６１に摺動自在に装着されており、モータ６３で回転するねじロッド６２の動力によりガイドレール６１に沿って昇降するようになっている。

粗研削側コラム１２の加工エリア１１Ａに面する前面１２ａは、仕上げ研削側コラム１３と左右対称的に、Ｘ方向の中央から端部に向かうにしたがって所定角度で斜めに後退したテーパ面に形成され、このテーパ面１２ａに、Ｘ軸送り機構（第１の平行方向移動手段）５０を介してＸ軸スライダ５５が取り付けられ、さらにＸ軸スライダ５５にはＺ軸送り機構（第１の垂直方向移動手段）６０を介してＺ軸スライダ６５が取り付けられている。粗研削側コラム１２のテーパ面１２ａのテーパ方向は、粗研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線と平行になるように設定されている。

粗研削側コラム１２および仕上げ研削側コラム１３に取り付けられた各Ｚ軸スライダ６５には、上記粗研削ユニット４０Ａおよび仕上げ研削ユニット４０Ｂがそれぞれ固定されている。これらユニット４０Ａ，４０Ｂについて以下に説明するが、同一構成であるため共通の符号を付すこととする。

粗研削ユニット４０Ａは、図５に示すように、軸方向がＺ方向に延びる円筒状のスピンドルハウジング４１と、このスピンドルハウジング４１内に同軸的、かつ回転自在に支持されたスピンドルシャフト４２と、スピンドルハウジング４１の上端部に固定されてスピンドルシャフト４２を回転駆動するモータ４３と、スピンドルシャフト４２の下端に同軸的に固定された円盤状のフランジ４４とを具備している。そしてフランジ４４には、粗研削砥石ホイール４５がねじ止め等の手段によって着脱自在に取り付けられている。

粗研削砥石ホイール４５は、図７に示すように、円環状で下面が円錐状に形成されたフレーム４５ａの下端面に、該下端面の外周部全周にわたって複数の粗研削用の砥石４５ｂが環状に配列されて固着されたものである。砥石４５ｂは、ビトリファイドと呼ばれるガラス質の焼結材料にダイヤモンド砥粒を混ぜて焼成したものなどが用いられ、例えば♯３２０〜♯４００の砥粒を含むものが好適とされる。

粗研削砥石ホイール４５の研削外径、すなわち環状に配列された複数の砥石４５ｂの外周縁の直径は、ウェーハ研削加工装置１０で加工する直径の異なるウェーハ１のうち最小の直径を有するウェーハ１の半径と同等以下に設定されている。これは、砥石４５ｂの下端面である刃先部が、回転するチャックテーブル３０上に同心状に保持されたウエーハ１の回転中心を通過し、かつ、その刃先部の外周縁がデバイス形成領域４の外周縁（デバイス形成領域４と外周余剰領域５との境界）に一致して通過し、デバイス形成領域４に対応する領域のみを研削して、図２に示す凹部１Ａを形成可能とするための寸法設定である。

一方、仕上げ研削ユニット４０Ｂは、粗研削ユニット４０Ａと同様の構成であって、図６に示すように、スピンドルハウジング４１、スピンドルシャフト４２、モータ４３およびフランジ４４を具備しており、フランジ４４には、仕上げ研削砥石ホイール４６が着脱自在に取り付けられている。仕上げ研削砥石ホイール４６は、図７に示すように、粗研削砥石ホイール４５のフレーム４５ａと同様のフレーム４６ａの下面に、該下面の外周部全周にわたって複数の仕上げ研削用の砥石４６ｂが環状に配列されて固着されたものである。仕上げ研削用の砥石４６ｂは粗研削用の砥石４５ｂよりも粒度が細かい砥粒を含んでおり、例えば♯２０００〜♯８０００の砥粒を含むものが好適とされる。

仕上げ研削砥石ホイール４６の研削外径も、ウェーハ研削加工装置１０で加工する直径の異なるウェーハ１のうち最小の直径を有するウェーハ１の半径と同等以下に設定されている。これは、砥石４６ｂの刃先部が、回転するチャックテーブル３０上に同心状に保持されたウエーハ１の回転中心を通過し、かつ、砥石４６ｂが、図２に示す環状凸部５Ａの内周側面５Ｂを研削可能とするための寸法設定である。

粗研削ユニット４０Ａは、粗研削砥石ホイール４５の回転中心（スピンドルシャフト４２の軸心）が、粗研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線の直上に存在するように位置設定がなされている。粗研削ユニット４０Ａは、Ｘ軸スライダ５５の往復移動に伴い、コラム１２のテーパ面１２ａのテーパ方向に沿って往復移動する。したがって、その往復移動の際には、粗研削砥石ホイール４５の回転中心が、粗研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線の直上において往復移動するようになっている。以下、この往復移動の方向を、チャックテーブル３０とターンテーブル２０の軸間の方向であることから「軸間方向」と称する。

上記位置設定は仕上げ研削ユニット４０Ｂ側も同様であって、仕上げ研削ユニット４０Ｂの仕上げ研削砥石ホイール４６の回転中心は、仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線の直上に存在しており、仕上げ研削ユニット４０ＢがＺ軸スライダ６５とＸ軸スライダ５５とともにコラム１３のテーパ面１３ａのテーパ方向に沿って往復移動する際には、仕上げ研削砥石ホイール４６の回転中心が、仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０の回転中心とターンテーブル２０の回転中心とを結ぶ線の直上において、その線の方向すなわち軸間方向に沿って往復移動するようになっている。

図３に示すように、基台１１上には、粗研削位置および仕上げ研削位置に位置付けられたチャックテーブル３０上の各ウエーハの厚さを測定する厚さ測定ゲージ２５が配設されている。これら厚さ測定ゲージ２５は、図５（ａ）および図６（ａ）に示すように、基準側ハイトゲージ２６とウエーハ側ハイトゲージ２７との組み合わせで構成される。基準側ハイトゲージ２６は、揺動する基準プローブ２６ａの先端が、ウエーハ１で覆われないチャックテーブル３０の枠体３１の上面３１ａに接触し、チャックテーブル上面３０Ａの高さ位置を検出するものである。

ウエーハ側ハイトゲージ２７は、揺動する変動プローブ２７ａの先端がチャックテーブル３０に保持されたウエーハ１の上面すなわち被研削面に接触することで、ウエーハ１の上面の高さ位置を検出するものである。厚さ測定ゲージ２５によれば、ウエーハ側ハイトゲージ２７の測定値から基準側ハイトゲージ２６の測定値を引いた値に基づいてウエーハ１の厚さが測定される。ウエーハ１が目標厚さ：ｔ１まで研削されるとすると、研削前において元の厚さ：ｔ２がまず測定され、（ｔ２−ｔ１）が研削量とされる。なお、ウエーハ側ハイトゲージ２７の変動プローブ２７ａが接触するウエーハ１の厚さ測定ポイントは、図５（ａ）および図６（ａ）の破線で示すようにウエーハ１の外周縁（デバイス形成領域４の外周縁）に近い外周部が好適である。

以上が基台１１上の加工エリア１１Ａに係る構成であり、次に、着脱エリア１１Ｂについて図３を参照して説明する。
着脱エリア１１Ｂの中央には、上下移動する２節リンク式のピックアップロボット７０が設置されている。そしてこのピックアップロボット７０の周囲には、上から見て反時計回りに、供給カセット７１、位置合わせ台７２、供給アーム７３、回収アーム７４、スピンナ式洗浄装置７５、回収カセット７６が、それぞれ配置されている。

カセット７１は、例えば直径１５０ｍｍのウェーハ１を収容したものと、例えば直径２００ｍｍのウェーハ１を収容したものが用意される。あるいは、１つのカセット７１に直径の異なるウェーハ１を収容することもできる。カセット７１、位置合わせ台７２および供給アーム７３はウエーハ１をチャックテーブル３０に供給する手段であり、回収アーム７４、洗浄装置７５およびカセット７６は、裏面研削が終了したウエーハ１をチャックテーブル３０から回収して次工程に移すための手段である。カセット７１，７６は複数のウエーハ１を水平な姿勢で、かつ上下方向に一定間隔をおいて積層状態で収容するもので、基台１１上の所定位置にセットされる。

ピックアップロボット７０によって供給カセット７１内から１枚のウエーハ１が取り出されると、そのウエーハ１は保護テープ７が貼られていない裏面側を上に向けた状態で位置合わせ台７２上に載置され、ここで一定の位置に決められる。次いでウエーハ１は、供給アーム７３によって位置合わせ台７２から取り上げられ、着脱位置で待機しているチャックテーブル３０上に載置される。

一方、各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂによって裏面が研削され、着脱位置に位置付けられたチャックテーブル３０上のウエーハ１は回収アーム７４によって取り上げられ、洗浄装置７５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置７５で洗浄処理されたウエーハ１は、ピックアップロボット７０によって回収カセット７６内に移送、収容される。

［３］ウェーハ研削加工装置の動作
以上がウェーハ研削加工装置１０の構成であり、次に、このウェーハ研削加工装置１０によってウエーハ１の裏面を研削して凹部を形成する動作を説明する。
（３−１）小径ウェーハの研削
まず、ピックアップロボット７０によって、供給カセット７１内に収容された直径が１５０ｍｍの１枚のウエーハ１が位置合わせ台７２に移されて位置決めされ、続いて供給アーム７３によって、着脱位置で待機し、かつ真空運転されているチャックテーブル３０上に裏面側を上に向けてウエーハ１が載置される。位置合わせ台７２で位置決めされたことにより、ウエーハ１はチャックテーブル３０とほぼ同心状に載置される。ウエーハ１は表面側の保護テープ７がチャックテーブル３０の上面３０ａに密着し、裏面が露出する状態でその上面３０ａに吸着、保持される。

次に、ターンテーブル２０が図３の矢印Ｒ方向に回転し、ウエーハ１を保持したチャックテーブル３０が粗研削ユニット４０Ａの下方の粗研削位置に停止する。この時、着脱位置には、次のチャックテーブル３０が位置付けられ、そのチャックテーブル３０には上記のようにして次に研削するウエーハ１がセットされる。

粗研削位置に位置付けられたウエーハ１に対しては、厚さ測定ゲージ２５と粗研削ユニット４０Ａとが、次のようにセットされる。厚さ測定ゲージ２５は、基準側ハイトゲージ２６の基準プローブ２６ａの先端がチャックテーブル３０の枠体３１の上面３１ａに接触させられ、ウエーハ側ハイトゲージ２７の変動プローブ２７ａの先端が、チャックテーブル３０上に保持されたウエーハ１の上面であって、粗研削されるデバイス形成領域４に対応する領域に接触させられる。

粗研削ユニット４０Ａは、Ｘ軸送り機構５０によって軸間方向に適宜移動させられ、図５に示すように、ウエーハ１の裏面に対し、粗研削砥石ホイール４５が、砥石４５ｂの刃先部がウエーハ１の回転中心付近とデバイス形成領域４の外周縁を通過する位置に位置付けられる。

ウエーハ裏面に形成する凹部１Ａ（図２参照）は、デバイス形成領域４に対応する領域であって、図９の円弧線１ａで描いた部分のように、ノッチ６を回避した円形の領域に調整される。凹部１Ａはウエーハ１に対して偏心しており、凹部１Ａの中心はノッチ６とは１８０°反対側に僅かにずれた位置にある。したがって凹部１Ａの形成によって凹部１Ａの周囲に形成される元の厚さが残る外周部分（図２の５Ａで示す環状凸部）の幅は、ノッチ６付近が最も広く、ノッチ６から最も離れた位置において最も狭いものとなる。

このようにノッチ６を回避して凹部１Ａを形成することにより、粗研削中においてノッチ６を起点とした欠けの発生を予防することができる。環状凸部５Ａの幅は、例えば２〜３ｍｍ程度とされ、図９に示すように凹部１Ａ（円弧線１ａに対応する）が偏心している場合には、ノッチ６付近で最大となる幅は３〜４ｍｍとなる。いずれにしろ環状凸部５Ａの幅は、ノッチ６を起点として欠けが発生しにくい程度であって、仕上げ研削時の負荷が大きくならない範囲で、なるべく狭い方が好ましい。

粗研削位置に位置付けられたウエーハ１に対して粗研削砥石ホイール４５を凹部形成位置に位置付けたら、次いで、チャックテーブル３０を回転させることによりウエーハ１を一方向に回転させるとともに、粗研削砥石ホイール４５を高速回転させながら粗研削ユニット４０ＡをＺ軸送り機構６０により下降させ、砥石４５ｂをウエーハ１の裏面に押し付ける。

これによりウエーハ１の裏面は、図９の円弧線１ａで描いた円形領域デバイス形成領域５に対応する領域のみが研削されていき、凹部１Ａの周囲の外周部には元の厚さが残った環状凸部５Ａが形成される。粗研削では、デバイス形成領域４は、最終仕上げ厚さの２０〜４０μｍ手前まで研削される。図８（ａ）に示すように、砥石４５ｂの刃先部は、ウェーハ１の回転中心を通り、砥石４５ｂの直径と等しい範囲が研削される。

研削量は厚さ測定ゲージ２５によって測定され、粗研削での目的研削量に至ったら、Ｚ軸送り機構６０による粗研削砥石ホイール４５の下降を停止し、一定時間そのまま粗研削砥石ホイール４５を回転させた後、粗研削ユニット４０Ａを上昇させて粗研削を終える。粗研削後のウエーハ１は、図５（ａ）に示すように、凹部１Ａの底面４ａに、多数の弧が放射状に描かれた模様を呈する研削条痕９ａが残留する。この研削条痕９ａは砥石４５ｂ中の砥粒による破砕加工の軌跡であり、マイクロクラック等を含む機械的ダメージ層である。

粗研削を終えたウエーハ１は、ターンテーブル２０をＲ方向に回転させることによって仕上げ研削ユニット４０Ｂの下方の仕上げ研削位置に移送される。そして、予め着脱位置のチャックテーブル３０に保持されていたウエーハ１は粗研削位置に移送され、このウエーハ１は先行する仕上げ研削と並行して上記粗研削が施される。さらに、着脱位置に移送させられたチャックテーブル３０上には、次に処理すべきウエーハ１がセットされる。

ウエーハ１が仕上げ研削位置に位置付けられたら、ウエーハ１に対しては、仕上げ研削側に配された厚さ測定ゲージ２５と、上方の仕上げ研削ユニット４０Ｂとが、次のようにセットされる。厚さ測定ゲージ２５は、基準側ハイトゲージ２６の基準プローブ２６ａの先端がチャックテーブル３０の枠体３１の上面３１ａに接触させられ、チャックテーブル３０上に接触させられ、ウエーハ側ハイトゲージ２７の変動プローブ２７ａの先端が、形成された凹部１Ａの底面４ａに接触させられる。

仕上げ研削ユニット４０Ｂは、Ｘ軸送り機構５０によって軸間方向に適宜移動させられ、仕上げ研削砥石ホイール４６の砥石４６ｂの刃先部がウエーハ１の回転中心を通過し、かつ、図６（ａ）に示すように、砥石４６ｂが凹部１Ａの内周側面５Ｂよりも外周側に位置し、砥石４６ｂの刃先部全面が環状凸部５Ａの上面に接触して内周側面５Ｂを研削可能な位置に位置付けられる。この内周側面研削可能位置も、ウエーハ１の回転中心よりもターンテーブル２０の外周側である。次いで、チャックテーブル３０を回転させることによりウエーハ１を一方向に回転させるとともに、仕上げ研削ユニット４０Ｂの仕上げ研削砥石ホイール４６を高速回転させながら、仕上げ研削ユニット４０ＢをＺ軸送り機構６０により下降させる。

仕上げ研削ユニット４０Ｂが下降すると、仕上げ研削砥石ホイール４６の砥石４６ｂは環状凸部５Ａの内周側の上面に押圧され、その部分の環状凸部５Ａが潰されるようにして内周側面５Ｂが研削されていく。仕上げ研削では、まずこのようにして内周側面５Ｂが研削され、内周側面５Ｂの全面が研削されたら、引き続き仕上げ研削ユニット４０Ｂを下降させ、凹部１Ａの底面４ａが研削される。目的とする仕上げ研削量、すなわち凹部１Ａの底面４ａからの研削量は、上述したように例えば２０〜４０μｍとされる。

凹部１Ａの底面４ａの研削量は厚さ測定ゲージ２５によって測定され、目的の仕上げ研削量まで達したことが確認されたら、Ｚ軸送り機構６０による仕上げ研削砥石ホイール４６の下降を停止し、一定時間そのまま仕上げ研削砥石ホイール４６を回転させた後、仕上げ研削ユニット４０Ｂを上昇させて仕上げ研削を終える。仕上げ研削により、図５（ａ）に示した粗研削による研削条痕９ａは除去されるが、凹部１Ａの底面４ａには、図６（ａ）に示すように仕上げ研削によって新たな研削条痕９ｂが残留する。

ここで、粗研削および仕上げ研削の好適な運転条件例を挙げておく。粗研削ユニット４０Ａおよび仕上げ研削ユニット４０Ｂとも、砥石ホイール４５，４６の回転速度は３０００〜５０００ｒｐｍ程度、チャックテーブル３０の回転速度は１００〜３００ｒｐｍ程度である。また、粗研削ユニット４０Ａの加工送り速度である下降速度は４〜６μｍ／秒とされる。一方、仕上げ研削ユニット４０Ｂの下降速度は、環状凸部５Ａを研削する工程では４〜６μｍ／秒、凹部１Ａの底面４ａを研削する最終段階では０．５μｍ／秒程度とされる。

並行して行っていた仕上げ研削と粗研削をともに終えたら、ターンテーブル２０をＲ方向に回転させ、仕上げ研削が終了したウエーハ１を着脱位置まで移送する。これにより、後続のウエーハ１は粗研削位置と仕上げ研削位置にそれぞれ移送される。着脱位置に位置付けられたチャックテーブル３０上のウエーハ１は回収アーム７４によって洗浄装置７５に移されて水洗、乾燥される。そして、洗浄装置７５で洗浄処理されたウエーハ１は、ピックアップロボット７０によって回収カセット７６内に移送、収容される。

なお、ウエーハ１には、結晶方位を示すマークとしてノッチ６が形成されているが、結晶方位マークとしては、図９に示すオリエンテーションフラット８が採用される場合もある。オリエンテーションフラット８はウエーハ１の外周縁の一部を接線方向に沿って直線的に切り欠いたものである。このようなオリエンテーションフラット８が形成されたウエーハ１には、オリエンテーションフラット８を回避して円弧線１ａより後退した円弧線１ｂで描いた部分に、凹部１Ａが形成される。オリエンテーションフラット８が形成されたウエーハにおいては、ノッチ６を形成した場合に比べて、形成される凹部１Ａは小さく、環状凸部５Ａの幅は、オリエンテーションフラット８付近では例えば２倍程度（例えば４〜８ｍｍ程度）と広くなる。

このように環状凸部５Ａの幅が比較的広くならざるを得ない場合には、仕上げ研削時に環状凸部５Ａの厚さを別個に測定することで、仕上げ研削の研削量をより正確に制御することが可能となる。しかしながら幅が広いので、その分デバイス領域４が狭められて半導体チップ３の取得可能個数が減少し、また、粗研削用の砥石４５ｂの研削外径が小さくなるので消耗管理も繁雑になる可能性があるため、オリエンテーションフラット８を回避する後退量は適切な量とすることが求められる。

（３−２）大径ウェーハの研削
次に、大径のウェーハ１を同じ砥石ホイール４５（４６）を用いて研削する手順を説明する。まず、図３に示す基台１１に、直径２００ｍｍのウェーハ１を収容したカセット７１をセットする。そして、上記と同様の工程を経てウェーハを粗研削位置に位置付ける。この状態において、粗研削ユニット４０Ａは、砥石４５ｂの刃先部がウェーハ１の回転中心（つまりチャックテーブル３０の回転中心）を通るように配置されている。一方、図８（ｂ）に示すように、ウェーハ１の直径は、砥石４５ｂの２倍の値よりも大きいから、砥石４５ｂでウェーハ１を研削すると、ウェーハ１の外周部に研削されない部分が生じる。たとえば、砥石４５の直径が７２ｍｍとすると、直径２００ｍｍのウェーハ１を研削すると、ウェーハ１の外周部に２８ｍｍ程度の未研削領域が生じる。

そこで、ウェーハ１の内周側の部分を所定厚さまで研削したら、Ｚ軸送り機構６０を駆動して粗研削ユニット４０Ａを上昇させ、Ｘ軸送り気候５０を駆動して粗研削ユニット４０Ａをウェーハ１の外周側へ図８（ｂ）の破線で示す位置まで２５ｍｍほど移動させる。そして、砥石４５ｂの刃先部がウェーハ１に形成すべき凹部１Ａの内周面５Ｂに接するように粗研削ユニット４０Ａを位置付け、粗研削ユニット４０Ａを下降させてウェーハ１を研削する。なお、この場合において、ウェーハ１の内周側を研削した後に、粗研削ユニット４０Ａを上昇させずに粗研削ユニット４０Ａを外周側へ移動させながら、砥石４５ｂの外周面でウェーハ１を研削することもできる。

上記のような研削を行うと、図８（ｂ）に示すように、ウェーハ１の凹部１Ａには、内周側の研削による研削条痕９ａと、外周側の研削による研削条痕９ｃが残る。なお、粗研削が修了したら、粗研削ユニット４０Ａを上昇させ、ターンテーブル２０を回転させてウェーハ１を仕上げ研削ユニット４６の下方に位置付け、上記と同様にして研削を行う。

上記のような研削加工方法によれば、研削ユニット４０Ａ，４０Ｂの砥石４５ｂ、４６ｂを交換することなく大径のウェーハ１を研削することができるから、砥石ホイール４５，４６の交換作業を省略することができるとともに、時間的ロスや砥石の寿命を短命化する物的ロスを低減することができる。

［４］他の実施形態
上記実施形態は、粗研削と仕上げ研削とを行う例であるが、１回の研削加工を行う場合にも本発明を適用することができる。図１０は、そのような研削加工方法を実施するためのウェーハ研削加工装置１４である。なお、図１０で図３と同等の構成要素には同一の符合を付してあり、それらについては簡略的に説明する。

このウエーハ研削加工装置１４では、コラム１２は１つ設けられ、このコラム１２に、研削ユニット８０が昇降可能に装着されている。研削ユニット８０は、上記研削ユニット３０と同様の構成であって、スピンドルハウジング３１、モータ３３等を備えており、スピンドルシャフトのフランジに、研削砥石ホイール８１が取り付けられている。研削砥石ホイール８１は、図７に示す研削砥石ホイール４５（４６）とほぼ同等に構成され、その下端部には環状に配列された複数の砥石（図示略）が取り付けられている。研削砥石ホイール８１の研削外径、すなわち複数の砥石の外周縁の直径は、ウェーハ研削加工装置１４で加工する直径の異なるウェーハのうち最小の直径を有するウェーハ１の半径と同等以下に設定されている。

基台１１の加工エリア１１Ａには、テーブルベース１７がＹ方向に移動自在に設けられおり、このテーブルベース１７上に、回転式のチャックテーブル３０が取り付けられている。テーブルベース１７の移動方向両端部には蛇腹状のカバー１９Ａ，１９Ｂの一端がそれぞれ取り付けられており、これらカバー１９Ａ，１９Ｂの他端は、コラム１２と、コラム１２に対向するピット１８の内壁面に、それぞれ取り付けられている。これら、カバー１９Ａ，１９Ｂは、テーブルベース１７の移動路を覆い、その移動路に研削屑等が落下することを防ぐもので、テーブルベース１７の移動に伴って伸縮する。

この研削加工装置１４では、チャックテーブル３０に吸着、保持されたウエーハ１は、テーブルベース１７がＹ方向に移動することにより、着脱エリア１１Ｂに近接した着脱位置と研削ユニット８０の下方の加工位置との間を往復移動させられる。ウエーハ１は、供給アーム７３から着脱位置にあるチャックテーブル３０に、裏面を上に向けた状態に移載されて吸着、保持され、次いで、加工位置に移動させられ、研削ユニット８０によりウェーハ１の裏面が研削される。

本実施形態の研削加工装置においても、前記実施形態と同等の研削加工が行われる。すなわち、カセット７１は、例えば直径１５０ｍｍのウェーハ１を収容したものと、例えば直径２００ｍｍのウェーハ１を収容したものが用意される。そして、直径１５０ｍｍのウェーハ１の研削加工に際しては、砥石の刃先部がウェーハ１の回転中心を通り加工すべき凹部１Ａの内周面に接触するように研削砥石ホイール３１が位置付けられ、研削ユニット８０を下方へ移動させることで凹部１Ａの加工を１回で行う。

次に、直径が２００ｍｍのウェーハ１を研削加工するに際しては、砥石の刃先部がウェーハ１の回転中心を通るように研削砥石ホイール３１が位置付けられ、研削ユニット８０を下方へ移動させることでウェーハ１の内周側を研削加工する。次いで、研削ユニット８０はＺ方向に上昇させられてから外周側へ移動させられ、砥石の刃先部が加工すべき凹部１Ａの内周面に接するように位置付けられる。そして、研削ユニット８０を下方へ移動させることでウェーハ１の外周側を研削加工する。以上のような実施形態においても、前記実施形態と同等の作用、効果を得ることができる。

本発明の一実施形態において研削加工が施されるウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 裏面に凹部が形成されたウエーハの（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。 本発明の一実施形態を実施するためのウェーハ研削加工装置の斜視図である。 小径のウエーハに対応して研削加工位置に位置付けられた砥石ホイールでウエーハの裏面を研削している状態を示す（ａ）側面図、（ｂ）平面図である。 ウェーハ研削加工装置が具備する粗研削ユニットの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 ウェーハ研削加工装置が具備する仕上げ研削ユニットの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 砥石ホイールを示す斜視図である。 （ａ）は小径のウェーハを研削している状態を示す側断面図と研削加工されたウェーハの平面図であり、（ｂ）は大径のウェーハを研削している状態を示す側断面図と研削加工されたウェーハの平面図である。 研削加工によりウェーハ裏面に形成する凹部の領域を示す裏面図である。 本発明の他の実施形態を実施するためのウェーハ研削加工装置の斜視図である。

符号の説明

１…半導体ウエーハ
１Ａ…凹部
３…半導体チップ（デバイス）
４…デバイス形成領域
５…外周余剰領域（外周部）
５Ａ…環状凸部（外周部）
１０，１０Ｂ，１０Ｃ…ウェーハ研削加工装置
２０…ターンテーブル
３０…チャックテーブル
３０ａ…上面（ウエーハ保持面）
４０Ａ…粗研削ユニット（第１の研削手段）
４０Ｂ…仕上げ研削ユニット（第２の研削手段）
４３…モータ（回転駆動源）
４６…砥石ホイール
４５ｂ、４６ｂ…砥石
５０…Ｘ軸送り機構（第１の平行方向移動手段、第２の平行方向移動手段）
６０…Ｚ軸送り機構（第１の垂直方向移動手段、第２の垂直方向移動手段）

Claims (2)

1. 円盤状のウェーハの少なくとも片面を、外周部を残して該外周部の内側を研削する研削加工方法であって、
   ウェーハを保持するチャックテーブルと、
   前記チャックテーブルを自転可能に支持し、チャックテーブルに対してウェーハを着脱させるウェーハ着脱位置と、ウェーハを研削する研削位置との２位置に、該チャックテーブルを位置付けるテーブル移動手段と、
   前記チャックテーブルに保持されたウェーハの少なくとも回転中心と前記外周部の内周縁のいずれかを通過する環状の砥石ホイールと、前記砥石ホイールを回転させる回転駆動源とを有し、前記研削位置に位置付けられたウェーハを研削する研削手段と、
   前記研削手段を、前記チャックテーブルのウェーハ保持面に対して垂直な方向に移動させる垂直方向移動手段と、
   前記研削手段と前記チャックテーブルとを、該チャックテーブルのウェーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる平行方向移動手段と、
   を備えるウェーハ研削加工装置を用い、複数の種類の直径の円盤状のウェーハの少なくとも片面を、外周部を残して該外周部の内側を研削し凹部を形成する加工方法において、
   前記砥石ホイールの直径は、前記複数の種類の直径の円盤状のウェーハの内最小の直径を有するウェーハの直径の値の略二分の一に相当する値かまたはそれ以下の値であり、
   前記研削手段によって前記研削ホイールの直径の２倍よりも大きな直径を有するウェーハを加工する際には、前記平行方向移動手段によって前記研削手段と前記チャックテーブルを相対的に前記砥石ホイールの刃先部が前記保持手段の回転中心と前記凹部の内周側壁との二ヶ所に接するよう移動させて所望の寸法の凹部を得ることを特徴とする研削加工方法。
2. 円盤状のウェーハの少なくとも片面を、外周部を残して該外周部の内側を研削する研削加工方法であって、
   ウェーハを保持するチャックテーブルと、
   前記チャックテーブルを自転可能に支持し、チャックテーブルに対してウェーハを着脱させるウェーハ着脱位置と、ウェーハを粗研削する第１の研削位置と、粗研削後のウェーハを仕上げ研削する第２の研削位置の３位置に、該チャックテーブルを位置付けるターンテーブルと、
   前記チャックテーブルに保持されたウェーハの少なくとも回転中心と前記外周部の内周縁のいずれかを通過する環状の第１の砥石ホイールと、前記第１の砥石ホイールを回転させる回転駆動源とを有し、前記第１の研削位置に位置付けられたウェーハを粗研削する第１の研削手段と、
   前記チャックテーブルに保持されたウェーハの少なくとも回転中心と前記外周部の内周縁のいずれかを通過する環状の第２の砥石ホイールと、該第２の砥石ホイールを回転させる回転駆動源とを有し、前記第２の研削位置に位置付けられた前記ウェーハを仕上げ研削する第２の研削手段と、
   前記第１の研削手段を、前記チャックテーブルのウェーハ保持面に対して垂直な方向に移動させる第１の垂直方向移動手段と、
   前記第１の研削手段と前記チャックテーブルとを、該チャックテーブルのウェーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる第１の平行方向移動手段と、
   前記第２の研削手段を、前記チャックテーブルのウェーハ保持面に対して垂直な方向に移動させる第２の垂直方向移動手段と、
   前記第２の研削手段と前記チャックテーブルとを、該チャックテーブルのウェーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる第２の平行方向移動手段と、
   を備えるウェーハ研削加工装置を用い、複数の種類の直径の円盤状のウェーハの少なくとも片面を、外周部を残して該外周部の内側を研削し凹部を形成する加工方法において、
   前記第１、第２の砥石ホイールの直径は、前記複数の種類の直径の円盤状のウェーハの内最小の直径を有するウェーハの直径の値の略二分の一に相当する値かまたはそれ以下の値であり、
   前記第１、第２の研削手段によって前記第１、第２の砥石ホイールの直径の２倍よりも大きな直径を有するウェーハを加工する際には、前記第１、第２の平行方向移動手段によって前記第１、第２の研削手段と前記チャックテーブルを相対的に前記第１、第２の砥石ホイールの刃先部が前記保持手段の回転中心と前記凹部の内周側壁との二ヶ所に接するよう移動させて所望の寸法の凹部を得ることを特徴とする研削加工方法。

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