JP5254539B2 - ウエーハ研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハを裏面研削して所定厚さに薄化させるウエーハ研削装置に係り、特に、外周部を残し、外周部の内側のデバイス形成領域のみを研削するにあたって好適なウエーハ研削装置に関する。

各種電子機器に用いられるデバイスの半導体チップは、一般に、円盤状の半導体ウエーハの表面に、ストリートと呼ばれる分割予定ラインで格子状の矩形領域を区画し、これら領域の表面に電子回路を形成してから、裏面を研削して薄化し、ストリートに沿って分割するといった方法で製造される。ところで、近年の電子機器の小型化・薄型化は顕著であり、これに伴って半導体チップもより薄いものが求められ、これは半導体ウエーハを従来よりも薄くする必要が生じるということになる。

ところが、半導体ウエーハを薄くすると剛性が低下するため、その後の工程での取扱いが困難になったり、割れやすくなったりする問題が生じる。そこで、裏面研削の際に、表面に半導体チップが形成された円形のデバイス形成領域に対応する部分のみを必要厚さに研削して薄化すると同時に、その周囲の環状の外周余剰領域を比較的肉厚の補強部として残すことにより、薄化による上記問題が生じないようにすることが行われている。このように外周部を肉厚として裏面に凹部を形成する技術は、例えば特許文献１，２等に開示されている。

特開２００４−２８１５５１号公報 特開２００５−１２３４２５号公報

ウエーハ裏面に凹部を形成する方法としては、回転可能な真空チャック式等のチャックテーブル上に、裏面を露出させた状態でウエーハを同心状に吸着させて保持し、ウエーハを回転させながら、複数の砥石が環状に配列されたカップ状の砥石ホイールを被研削面に押し付ける方法がある。この方法では、砥石ホイールの直径はウエーハの半径にほぼ等しいものが用いられ、刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過するようにウエーハに対向させることにより、外周部を残してデバイス形成領域に対応する部分のみが研削されるようになされている。

ところで、半導体ウエーハのサイズすなわち直径は様々であり、主流の２００ｍｍの他には例えば１５０ｍｍ、１２５ｍｍといったものが使用されている。サイズの異なる半導体ウエーハに対して上記の裏面研削加工を行う場合には、砥石ホイールをウエーハのサイズに合わせて変更するとともに、砥石ホイールのウエーハへの対向位置を上記のように刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過する位置に調整する必要があり、この位置調整は、砥石ホイールかチャックテーブルのいずれか一方を水平移動させることにより可能である。

砥石ホイールを回転させる研削軸が１つの簡素な研削装置であれば、チャックテーブルあるいは研削軸を水平移動させる機構を設けることは比較的容易である。しかしながら、粗研削用と仕上げ研削用といった複数の研削軸を備え、ターンテーブルを回転させることで複数のチャックテーブル上のウエーハに対し粗研削と仕上げ研削を順次施す多軸式の研削装置にあっては、砥石ホイールのウエーハへの対向位置を調整し得る機構を有するものは提供されていないのが現状である。

よって本発明は、研削軸を複数備えた多軸式のウエーハ研削装置において、ウエーハのサイズに応じて交換した砥石ホイールを、刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過する凹部形成可能位置に位置調整することが可能となり、１台の装置で複数のウエーハサイズに対応しながら裏面に凹部を形成する運転を円滑に進めることができるウエーハ研削装置を提供することを目的としている。

本発明は、円盤状のウエ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ウエーハ研削装置であって、回転中心を頂点として傘状に傾斜するように形成されたウエーハ保持面を有する自転可能なチャックテーブルと、該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エーハを着脱させるウエーハ着脱位置と、ウエーハを粗研削する第１の研削位置と、粗研削後のウエ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エーハの回転中心と外周部の内周縁を通過する環状の砥石ホイールと、該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エ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エーハの回転中心と外周部の内周縁を通過し、かつ、第１の研削手段で研削されたウエーハに対し平行な接触面を有する環状の砥石ホイールと、該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エ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エ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の研削手段とチャックテーブルとを、該チャックテーブルのウエ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エ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エ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、第１の研削手段および第２の研削手段の各砥石ホイールがチャックテーブルに保持されたウエーハに接触して押し付けられる円弧状の加工点が、チャックテーブル上で見た場合において同じであることを特徴としている。

本発明のウエーハ研削装置では、ウエーハ着脱位置に位置付けられたチャックテーブルにウエーハが保持され、次いで、ターンテーブルが回転してウエーハが第１の研削位置に位置付けられ、第１の研削手段によってウエーハの片面が粗研削される。研削する部分は片面の外周部を残した該外周部の内側であり、片面には凹部が形成される。次にウエーハはターンテーブルが回転して第２の研削位置に位置付けられ、粗研削された面が第２の研削手段によって仕上げ研削される。この後ウエーハはウエーハ着脱位置に戻されて装置から搬出され、次の加工すべき新たなウエーハがチャックテーブルに移されて保持され、上記の研削動作が繰り返される。

本発明では、ウエーハをチャックテーブルに保持してから、粗研削、仕上げ研削を経てウエーハを搬出する一連の工程を効率的に行う観点から、チャックテーブルを、少なくともターンテーブルの上記３位置に対応する位置に１つずつ、計３つ設け、各位置においてウエーハに対する処理を行う形態が好ましい。

第１および第２の研削手段は、環状の砥石ホイールを回転駆動源で回転させる構成である。これら研削手段は、それぞれ第１および第２の垂直方向移動手段でチャックテーブル方向に移動させられることにより砥石ホイールがウエーハに押し付けられる。チャックテーブルによってウエーハを回転させながら、砥石ホイールをウエーハに押し付けることにより、ウエーハが研削される。砥石ホイールはウエーハの半径にほぼ等しい直径のものが用いられ、刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過するようにウエーハに対向させられた位置（以降、凹部形成可能位置と呼ぶ場合がある）でウエーハに押し付けられることにより、ウエーハの片面は外周部を残して該外周部の内側が研削され、凹部が形成される。

このように凹部を形成するための砥石ホイールは、上記のように直径がウエーハの半径にほぼ等しいものが用いられる。直径が異なるウエーハを研削する場合には、ウエーハのサイズに応じて砥石ホイールを交換する必要があり、この交換とともに、砥石ホイールの刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過するように、ウエーハに対する砥石ホイールの位置を調整する必要がある。

それには、粗研削する第１の研削手段においては、第１の平行方向移動手段により、第１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エーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる。また、第２の研削手段においては、第２の平行方向移動手段により、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エーハ保持面に対して平行な方向に相対移動させる。

上記相対移動の方向としては、各研削位置に位置付けられたチャックテーブルの回転中心とターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向が挙げられる。この場合には、第１の平行方向移動手段は、チャックテーブルが第１の研削位置に位置付けられた時に、該チャックテーブルと第１の研削手段とを、チャックテーブルの回転中心とターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向に相対移動させて両者の軸間距離を可変させ、第２の平行方向移動手段は、チャックテーブルが第２の研削位置に位置付けられた時に、該チャックテーブルと第２の研削手段とを、チャックテーブルの回転中心とターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向に相対移動させて両者の軸間距離を可変させる形態となる。

上記のように、第１の研削位置および第２の研削位置のいずれの位置においても、チャックテーブルとそれぞれの研削手段との相対移動の方向を、チャックテーブルの回転中心とターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向とすることにより、次の利点がある。すなわち、各研削手段の砥石ホイールがウエーハに接触して押し付けられる円弧状の加工点が、チャックテーブル上で見た場合に、第１の研削位置と第２の研削位置とで同じとなる。このため、はじめに第１の研削位置で第１の研削手段により粗研削されたウエーハの加工点に対して、第２の研削位置で第２の研削手段により仕上げ研削する際、ウエーハに対して砥石ホイールの接触面が平行となり、仕上げ研削量が径方向にわたって均一となる。したがって仕上げ研削での砥石ホイールの偏った接触が起こらない。この作用は、チャックテーブルのウエーハ保持面が回転中心を頂点として傘状に僅かに傾斜しているため生じるものである。

上記の各平行方向移動手段による相対移動は、各研削手段とチャックテーブルのいずれか一方を上記軸間方向に移動させることによりなされる。すなわち、第１の平行方向移動手段は第１の研削手段を軸間方向に移動させ、第２の平行方向移動手段は第２の研削手段を軸間方向に移動させる形態や、第１の平行方向移動手段および第２の平行方向移動手段は、チャックテーブルを軸間方向に移動させる形態が、具体的な形態となる。

また、ターンテーブルをチャックテーブルが上記３位置から僅かにずれる位置に回転させることによっても砥石ホイールの位置を凹部形成可能位置に調整することができる。すなわちこの場合には、ターンテーブルが第１の平行方向移動手段および第２の平行方向移動手段となる。

本発明によれば、研削軸を複数備えた多軸式のウエーハ研削装置において、ウエーハのサイズに応じて交換した砥石ホイールを、刃先がウエーハの回転中心と外周部の内周縁を通過する凹部形成可能位置に位置調整することが可能となり、１台の装置で複数のウエーハサイズに対応しながら裏面に凹部を形成する運転を円滑に進めることができるといった効果を奏する。

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、一実施形態のウエーハ研削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字状の切欠き（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エーハ研削装置は、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］ウエーハ研削装置の構成
続いて、本実施形態のウエーハ研削装置を説明する。
図２は、ウエーハ研削装置１０の全体を示しており、このウエーハ研削装置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２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２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２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２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。

各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂは、図３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４２を回転駆動するモータ（回転駆動源）４３と、スピンドル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、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る。

砥石ホイール４５は、円盤状で下部が円錐状に形成されたフレーム４６の下端面に、該下端面の外周部全周にわたって複数の砥石４７が環状に配列されて固着されたものである。砥石４７は、例えば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る。砥石ホイール４５は、砥石４７による研削外径、すなわち複数の砥石４７の外周縁の直径が、ウエーハ１の半径にほぼ等しいものが用いられる。これは、ウエーハ１の裏面研削の際に、砥石４７の刃先がウエーハ１の回転中心と外周余剰領域５の内周縁を通過し、外周余剰領域５の厚さを残してデバイス形成領域４に対応する領域のみを研削することを可能とするための寸法設定である。

なお、砥石ホイール４５の砥石４７は、シリコンウエーハの研削用としては♯２８０〜♯８０００程度の粒度の砥粒が混入されたものが用いられ、さらに、粗研削ユニット４０Ａに用いられる砥石４７としては、例えば♯２８０〜♯６００の砥粒を含むものが好適であり、また、仕上げ研削ユニット４０Ｂに用いられる砥石４７としては、例えば♯２０００〜♯８０００の砥粒を含むものが好適である。

粗研削ユニット４０Ａは、砥石ホイール４５の回転中心（スピンドル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、Ｚ軸スライダ６５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、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。この往復移動方向は、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から、以降は「軸間方向」と略称する。

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の砥石ホイール４５の回転中心（スピンドル４２の軸心）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、砥石ホイール４５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。

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２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、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］ウエーハ研削装置の動作
以上がウエーハ研削装置１０の構成であり、次に、このウエーハ研削装置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。
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２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の上方の粗研削ユニット４０Ａを、Ｘ軸送り機構５０によって軸間方向に適宜移動させ、図４に示すように、ウエーハ１の裏面に対して粗研削ユニット４０Ａの砥石ホイール４５を、砥石４７の刃先がウエーハ１の回転中心Ｏと外周余剰領域５の内周縁を通過する凹部形成可能位置に位置付ける。凹部形成可能位置は、この場合、ウエーハ１の回転中心よりもターンテーブル２０の外周側となる。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、砥石ホイール４５を高速回転させて粗研削ユニット４０ＡをＺ軸送り機構６０により下降させ、砥石ホイール４５の砥石４７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、図５に示すように研削領域が凹部１Ａとなり、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は例えば２００〜１００μｍ、あるいは５０μｍ程度まで薄化されるが、いずれにしても仕上げ厚さよりも数μｍ程度厚い程度まで研削される。

デバイス形成領域４が粗研削での目的厚さに至ったら、Ｚ軸送り機構６０による砥石ホイール４５の下降を停止し、一定時間そのまま砥石ホイール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、中心から放射状に多数の弧を描いた形状の研削条痕９が残留する。この研削条痕９は砥石４７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。この機械的ダメージ層が、次の仕上げ研削で除去される。

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、着脱位置に移動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、仕上げ研削ユニット４０Ｂを、Ｘ軸送り機構５０によって軸間方向に適宜移動させ、砥石ホイール４５が凹部１Ａ内に入り込んで砥石４７の刃先がウエーハ１の回転中心と環状凸部５Ａの内周縁を通過する凹部形成可能位置に位置させる。ここでも凹部形成可能位置はウエーハ１の回転中心よりもターンテーブル２０の外周側となる。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の砥石ホイール４５を高速回転させ、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、砥石ホイール４５の砥石４７をウエーハ１の裏面に形成された凹部１Ａの底面４ａに押し付ける。

これにより凹部１Ａの底面４ａが仕上げ研削用の砥石４７で研削される。仕上げ研削量は、デバイス形成領域４が目的とする半導体チップ３の厚さに至るまでであり、その厚さまで研削されたら、Ｚ軸送り機構６０による砥石ホイール４５の下降を停止し、一定時間そのまま砥石ホイール４５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）に示した研削条痕９による機械的ダメージ層が除去され、凹部１Ａの底面４ａが鏡面に仕上げられる。

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の回転速度は３０００〜５０００ＲＰＭ、チャックテーブル３０の回転速度は１００〜３００ＲＰＭ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３〜５μｍ／秒、仕上げ研削ユニット４０Ｂの下降速度は０．３〜１μｍ／秒である。

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。

以上が１枚のウエーハ１の裏面に凹部１Ａを形成して裏面側のデバイス形成領域４のみを半導体チップ３の厚さまで薄化するサイクルである。本実施形態のウエーハ研削装置１０によれば、上記のようにターンテーブル２０を間欠的に回転させながら、ウエーハ１に対して粗研削位置で粗研削を、また、仕上げ研削位置で仕上げ研削を並行して行うことにより、複数のウエーハ１の研削処理が効率よく行われる。

本実施形態のウエーハ研削装置１０では、ウエーハ１の裏面に凹部１Ａを形成する砥石ホイール４５は、直径がウエーハ１の半径にほぼ等しいものが用いられる。したがってサイズ（直径）が異なるウエーハを研削する際には、そのウエーハに応じたサイズを有する砥石ホイール４５に交換される。砥石ホイール４５の交換は、粗研削ユニット４０Ａおよび仕上げ研削ユニット４０Ｂの双方に対して行われる。

そして砥石ホイール４５の交換した後は、これら研削ユニット４０Ａ，４０ＢをＸ軸送り機構５０によって軸間方向に適宜移動させ、砥石ホイール４５を、ウエーハ１の裏面に凹部１Ａを形成し得る凹部形成可能位置に位置付ける。このようにウエーハ１のサイズに応じて砥石ホイール４５を移動させることにより、砥石ホイール４５の砥石４７の刃先がウエーハ１の回転中心と外周余剰領域５の内周縁を通過する位置であって、粗研削においてはデバイス形成領域５に対応する領域のみが研削されて凹部１Ａが形成され、仕上げ研削においては凹部１Ａの底面４ａが仕上げ研削される。

図６は、図４に示したウエーハ１よりも直径が小さいウエーハ１Ｂに対して裏面研削する状態を示しており、砥石ホイール４５Ｂは、直径がウエーハ１Ｂの半径にほぼ等しく、ウエーハ１Ｂに応じた小さいものが用いられる。そして、砥石ホイール４５Ｂ（粗研削ユニット４０Ａ）は、図４の場合よりもターンテーブル２０の回転中心寄りに移動させられ、ウエーハ１Ｂに対する凹部形成可能位置に位置付けられる。

本実施形態のウエーハ研削装置１０は、研削ユニットを粗研削用と仕上げ研削用の２つ備えたものであるが、各研削ユニット４０Ａ，４０ＢをＸ軸送り機構５０によって軸間方向に移動可能に構成したことにより、ウエーハ１（１Ｂ…）のサイズに応じて交換した砥石ホイール４５（４５Ｂ…）を凹部形成可能位置に位置調整することが可能となり、その結果、１台で複数のウエーハサイズに対応しながら裏面に凹部１Ａを形成する運転を円滑に進めることができるものとなっている。

［４］軸間方向への移動手段の他の実施形態
上記軸間方向に粗研削ユニット４０Ａと仕上げ研削ユニット４０Ｂを移動させる代わりに、粗研削位置および仕上げ研削位置に位置付けられる各チャックテーブル３０を軸間方向に移動させても、ウエーハに対する砥石ホイールの水平方向の位置を調整して凹部形成可能位置に位置付けることができる。図７は、そのようにチャックテーブル３０が移動し、各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂは水平方向には移動しないように変更させたウエーハ研削装置１０Ｂを示しており、同一構成要素には同一の符号を付してある。

まず、この場合の粗研削ユニット４０Ａおよび仕上げ研削ユニット４０Ｂは、Ｚ方向のみに移動し、Ｘ・Ｙ方向の面に沿った水平方向へは移動しないようになされている。すなわち、これら研削ユニット４０Ａ，４０Ｂが固定されたＺ軸スライダ６５は、Ｘ・Ｚ方向に沿った面に形成されたコラム１２，１３の前面１２ａ，１３ａに、ガイドレール６１、およびモータ６３で回転するねじロッド６２からなるＺ軸送り機構６０を介してＺ方向に移動可能に取り付けられている。各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂは、Ｚ軸送り機構６０によってＺ方向に昇降させられ、砥石ホイール４５が回転状態で下降し、ウエーハ１の裏面に押し当てられることによりウエーハ１の裏面を研削する。

各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂの水平方向の位置は、粗研削ユニット４０Ａにおいては、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存在し、仕上げ研削ユニット４０Ｂにおいては、砥石ホイール４５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存在する位置に、それぞれ固定されている。

次に、チャックテーブル３０を軸間方向に移動させる機構を図８〜図１０を参照して説明する。
ターンテーブル２０は、基台１１に回転自在に取り付けられた円盤状のテーブルベース２１と、このテーブルベース２１の上方を覆うカバー２２とから構成されている。テーブルベース２１上には、一対のガイドレール２３を介して、チャックテーブルスライダ３１がテーブルベース２１の径方向に沿って移動自在に取り付けられている。チャックテーブルスライダ３１は、ガイドレール２３と平行で、チャックテーブル移動用モータ３２によって回転させられるねじロッド３３が螺合して貫通している。チャックテーブルスライダ３１は、チャックテーブル移動用モータ３２によってねじロッド３３が回転することにより、ターンテーブル２０の径方向に沿って往復移動させられる。

チャックテーブル３０は、チャックテーブルスライダ３１に回転自在に支持された円柱状のチャックテーブルベース３４の上端に固定されている。チャックテーブルベース３４は、回転軸心がターンテーブル２０の回転軸心と平行で、チャックテーブルスライダ３１を貫通している。チャックテーブル３０は、上記チャックテーブル移動用モータ３２によりねじロッド３３が回転することにより、チャックテーブルベース３４を介して、ターンテーブル２０の径方向に沿って、該ターンテーブル２０の回転中心に対して離接する方向に往復移動する。カバー２２の、チャックテーブル３０の移動領域には、その移動方向に沿った長孔２２ａが形成されており、チャックテーブル３０は長孔２２ａからカバー２２の上方に突出している。

チャックテーブルスライダ３１には、チャックテーブル自転用モータ３５が固定されている。該モータ３５のピニオン３５ａはチャックテーブルベース３４と平行で、チャックテーブルスライダ３１の下側に突出している。そして、このピニオン３５ａとチャックテーブルベース３４の下側の突出端部３４ａとに、タイミングベルト３６が巻回されており、チャックテーブル自転用モータ３５が作動すると、その動力がタイミングベルト３６、チャックテーブルベース３４を介してチャックテーブル３０に伝わり、チャックテーブル３０が回転するようになっている。

このようにしてチャックテーブル３０がターンテーブル２０の径方向に移動する形態によると、ターンテーブル２０を回転させてウエーハ１を粗研削位置および仕上げ研削位置にそれぞれ位置付けてから、チャックテーブル３０をチャックテーブル移動用モータ３２によってターンテーブル２０の径方向に適宜移動させることにより、ウエーハ１のサイズに応じて各研削ユニットに装着された砥石ホイール４５を凹部形成可能位置に位置付けることができる。ターンテーブル２０の径方向は、粗研削位置および仕上げ研削位置にそれぞれ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軸間方向に一致している。

図１０（ａ）は、比較的ウエーハが小径でウエーハの回転中心をターンテーブル２０の外周側に寄らせた状態であり、（ｂ）は（ａ）の位置からチャックテーブル３０をターンテーブル２０の内周側に移動させた状態であって比較的大径のウエーハに対応させた状態を示している。

なお、ウエーハ１の裏面研削時には、測定基準面をチャックテーブル３０の上面３０ａとしてウエーハ厚さを測定しながら研削されるが、研削前には、チャックテーブル３０の上面３０ａを砥石ホイール４５で研削することが行われる。このセルフグラインドと呼ばれる研削は、チャックテーブルの半径以上の直径を有する砥石ホイールが用いられるが、上記各実施形態のように砥石ホイール４５とチャックテーブル３０を軸間方向に相対移動させる構成においては、これら砥石ホイール４５あるいはチャックテーブル３０の移動範囲をなるべく小さくしてスペースの効率化を図るために、セルフグラインド用の砥石ホイールは、チャックテーブルの半径よりもやや大きな直径のものでよい。

［５］平行方向移動手段の他の実施形態
上記各実施形態は、研削ユニット４０Ａ，４０Ｂの砥石ホイール４５とチャックテーブル３０を軸間方向に相対移動させることによってウエーハ１に対する砥石ホイール４５の水平方向の位置を調整する形態である。本発明では、軸間方向に限らず、砥石ホイール４５とチャックテーブル３０とが互いに離接する方向であれば、目的の位置調整を行うことができる。

また、研削ユニット４０Ａ，４０Ｂやチャックテーブル３０に水平方向への移動機構を設けることなく、ターンテーブル２０を僅かに回転させることによっても、砥石ホイール４５を凹部形成可能位置に位置付けることができる。図１１は、図７に示したウエーハ研削装置１０Ｂを、ターンテーブル２０を回転させることによって砥石ホイールの位置調整を可能としたウエーハ研削装置１０Ｃを示しており、ターンテーブル２０をＬ方向に回転させてチャックテーブル３０を破線の位置から実線の位置まで移動させた状態を示している。

詳細には、はじめに、図１２（ａ）に示す比較的大径（例えば２００ｍｍ径）のウエーハ１がチャックテーブル３０に保持され、このウエーハ１に対応する（直径がウエーハ１の半径程度）大径用砥石ホイール４５が、ウエーハ１に対応する凹部形成可能位置に位置付けられている。このウエーハ１に対する研削加工が終わり、次いで図１２（ｂ）の実線で示す小径（例えば１５０ｍｍ径）のウエーハ１Ｂをチャックテーブル３０に保持した場合には、このウエーハ１Ｂ用の砥石ホイール４５Ｂを各研削ユニット４０Ａ，４０Ｂに装着し、ターンテーブル２０を矢印Ｌ方向に僅かに回転させることにより、砥石ホイール１Ｂをウエーハ１Ｂに対応する凹部形成可能位置に位置付けることができる。

このように大径ウエーハから小径ウエーハへの交換の場合には、ターンテーブル２０は矢印Ｌ方向に回転させられるが、この逆に小径ウエーハから大径ウエーハへの交換の場合には、ターンテーブル２０は矢印Ｒ方向に回転させられて位置調整がなされる。

本発明の一実施形態に係るウエーハ研削装置で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。 本発明の一実施形態に係るウエーハ研削装置の斜視図である。 ウエーハ研削装置が具備する研削ユニットの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 凹部形成可能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。 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。 サイズの異なる（小径）ウエーハに対応して凹部形成可能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。 本発明の他の実施形態に係るウエーハ研削装置の斜視図である。 他の実施形態に係るウエーハ研削装置のチャックテーブル移動機構を示す斜視図である。 図８のIX矢視一部断面図である。 図８のX矢視一部断面図であって、（ａ）はチャックテーブルが小径ウエーハ／小径砥石ホイールに対応した位置にある状態、（ｂ）はチャックテーブルが大径ウエーハ／大径砥石ホイールに対応した位置にある状態を示している。 本発明のさらに他の実施形態に係るウエーハ研削装置の斜視図である。 （ａ）は図１１に示したウエーハ研削装置において大径ウエーハに対して大径ウエーハ用砥石ホイールが凹部形成可能位置に位置付けられた状態を示す平面図、（ｂ）はターンテーブルを回転させて小径ウエーハに対して小径ウエーハ用砥石ホイールが凹部形成可能位置に位置付けられた状態を示す平面図である。

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…ウエーハ研削装置
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）
４５…砥石ホイール
４７…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 (6)

1. 円盤状のウエ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ウエーハ研削装置であって、
   回転中心を頂点として傘状に傾斜するように形成されたウエーハ保持面を有する自転可能なチャックテーブルと、
   該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エーハを着脱させるウエーハ着脱位置と、ウエーハを粗研削する第１の研削位置と、粗研削後のウエ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エーハの回転中心と前記外周部の内周縁を通過する環状の砥石ホイールと、該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エ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エーハの回転中心と前記外周部の内周縁を通過し、かつ、前記第１の研削手段で研削されたウエーハに対し平行な接触面を有する環状の砥石ホイールと、該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エ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エ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エ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エ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エ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、
   前記第１の研削手段および前記第２の研削手段の各砥石ホイールが前記チャックテーブルに保持されたウエーハに接触して押し付けられる円弧状の加工点が、前記チャックテーブル上で見た場合において同じであることを特徴とするウエーハ研削装置。
2. 前記チャックテーブルは、少なくとも、前記ターンテーブルの前記３位置に対応する位置に１つずつ、計３つ設けられていることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ研削装置。
3. 前記第１の平行方向移動手段は、前記チャックテーブルが前記第１の研削位置に位置付けられた時に、該チャックテーブルと前記第１の研削手段とを、チャックテーブルの回転中心と前記ターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向に相対移動させて両者の軸間距離を可変させ、
   前記第２の平行方向移動手段は、前記チャックテーブルが前記第２の研削位置に位置付けられた時に、該チャックテーブルと前記第２の研削手段とを、チャックテーブルの回転中心と前記ターンテーブルの回転中心とを結ぶ線に沿った軸間方向に相対移動させて両者の軸間距離を可変させることを特徴とする請求項１または２に記載のウエーハ研削装置。
4. 前記第１の平行方向移動手段は前記第１の研削手段を前記軸間方向に移動させ、前記第２の平行方向移動手段は前記第２の研削手段を前記軸間方向に移動させることを特徴とする請求項３に記載のウエーハ研削装置。
5. 前記第１の平行方向移動手段および前記第２の平行方向移動手段は、前記チャックテーブルを前記軸間方向に移動させることを特徴とする請求項３に記載のウエーハ研削装置。
6. 前記第１の平行方向移動手段および前記第２の平行方向移動手段は、前記ターンテーブルであることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ研削装置。

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